(Venstre) Krystalstruktur for den blandede krystallinske fase af faseændringsforbindelsen GeSb2Te4. (Mellem) Vinkelopløst fotoemissionsspektrum af krystallinsk GeSb2Te4 ved at vise det lineært dispersive bånd, der krydser Fermi-niveauet. (Højre) Skematisk båndstruktur af den krystallinske GeSb2Te4 baseret på denne undersøgelse Kredit:Akio Kimura, Hiroshima Universitet
Forskere har fundet elektroner, der opfører sig, som om de ikke har nogen masse, kaldet Dirac elektroner, i en forbindelse, der bruges i genskrivbare diske, såsom cd'er og dvd'er. Opdagelsen af 'masseløse' elektroner i dette faseskiftemateriale kan føre til hurtigere elektroniske enheder.
Det internationale hold offentliggjorde deres resultater den 6. juli i ACS Nano , et tidsskrift fra American Chemical Society.
Sammensætningen, GeSb 2 Te 4 , er et faseskiftende materiale, hvilket betyder, at dens atomstruktur skifter fra amorf til krystallinsk under varme. Hver struktur har individuelle egenskaber og er reversibel, gør stoffet til et ideelt materiale til brug i elektroniske enheder, hvor information kan skrives og omskrives flere gange.
"Faseændringsmaterialer har tiltrukket sig stor opmærksomhed på grund af den skarpe kontrast i optiske og elektriske egenskaber mellem deres to faser, " sagde papirforfatter Akio Kimura, professor i Institut for Fysiske Videnskaber i Graduate School of Science og Graduate School of Advanced Science and Engineering ved Hiroshima University. "Den elektroniske struktur i den amorfe fase er allerede blevet behandlet, men den eksperimentelle undersøgelse af den elektroniske struktur i den krystallinske fase var endnu ikke blevet undersøgt."
Forskerne fandt ud af, at den krystallinske fase af GeSb 2 Te 4 har Dirac-elektroner, hvilket betyder, at det opfører sig på samme måde som grafen, et ledende materiale, der består af et enkelt lag af kulstofatomer. De fandt også, at overfladen af den krystallinske struktur deler karakteristika med en topologisk isolator, hvor den indre struktur forbliver statisk, mens overfladen leder elektrisk aktivitet.
Skematisk for den amorfe fase (venstre) og krystallinske fase (højre) af faseændringsmaterialerne, som viser den atomare omlejring under faseovergangen. Den amorfe fase viser en halvledende adfærd med en stor elektrisk resistivitet, mens den krystallinske fase opfører sig metallisk med en meget lavere elektrisk resistivitet. Kredit:Akio Kimura, Hiroshima Universitet
"Den amorfe fase viser en halvledende adfærd med en stor elektrisk resistivitet, mens den krystallinske fase opfører sig som en metallisk med en meget lavere elektrisk resistivitet, " sagde Munisa Nurmamat, papirforfatter og adjunkt i Institut for Fysiske Videnskaber i Graduate School of Science og Graduate School of Advanced Science and Engineering ved Hiroshima University. "Den krystallinske fase af GeSb 2 Te 4 kan ses som en 3D-analog af grafen."
Grafen anses allerede af forskere for at være et højhastigheds ledende materiale, ifølge Nurmamat og Kimura, men dets iboende lave on- og off-strømforhold begrænser, hvordan det anvendes i elektroniske enheder. Som en 3-D version af grafen, GeSb 2 Te 4 kombinerer hastighed med fleksibilitet for at konstruere den næste generation af elektriske koblingsenheder.