Udforskning af et unikt materiale med justerbare egenskaber

Hvis du er gammel nok, du har muligvis stadig en æske med kassette- eller VHS-bånd liggende. Disse lagerenheder var populære i 1970'erne og 80'erne, men er siden gået i ubrug, erstattet af cd'er og andre digitale medier.

Nu, forskere tager et nyt kig på chromoxider, magnetiske kemiske forbindelser engang brugt til at belægge overfladerne på sådanne bånd.

I en ny undersøgelse, Scott Sayres og Jacob Garcia, forskere ved ASU's Biodesign Center for Applied Structural Discovery og ASU's School of Molecular Sciences, brug massespektroskopi og ultrahurtige laserimpulser til at undersøge chromoxider i hidtil usete detaljer.

"Chromoxider er kendt for at have virkelig spændende magnetiske og elektroniske egenskaber, " siger Sayres. "De er et meget unikt materiale, der er dårligt forstået på molekylært niveau." Et af de overraskende resultater af den nuværende undersøgelse er, at tilføjelse af oxygenatomer til kromforbindelser øger deres metalliske egenskaber, og disse ændringer kan kontrolleres meget præcist. .

Resultaterne åbner døren til en ny race af elektronik, der snart kan nå den mindst mulige skala, tillader design af tunbar, komponenter i molekylstørrelse, der i høj grad kunne øge behandlings- og lagerkapaciteten i nye enheder.

Fundene, som optræder i det aktuelle nummer af Journal of the American Chemical Society ( JACS ), beskrive opførselen af ​​klynger af chromoxid-atomer, som kan finjusteres for at ændre deres elektriske ledningsevne, opfører sig forskelligt som ledningslignende ledere af elektricitet, halvledere eller isolatorer, afhængig af antallet af tilstedeværende oxygenatomer.

Sådanne innovationer er en del af en igangværende ændring inden for elektronik kendt som spintronics. Mens konventionelle elektroniske enheder styrer strømmen af ​​elektrisk ladning, spintronics udnytter desuden spin, en kvanteegenskab for elektroner, potentielt tillader langt større lagerkapacitet og dataoverførselshastighed.

Grundideen fandt vej til de første forbrugerprodukter i slutningen af ​​1990'erne i form af magnetiske computerharddiske, der kan prale af flere hundrede gange lagerkapaciteten i forhold til deres forgængere.

Chromoxider er særligt velegnede til sådanne applikationer på grund af deres høje spinpolaritet, et mål for rækkevidden af ​​konduktanstilstande, chromklyngerne kan antage, baseret på antallet af oxygenatomer (eller oxidationstilstand).

Kendt som et halvmetal, chromoxid er en uorganisk forbindelse, der består af oxygen- og chromatomer, som tilsammen danner en krystalstruktur. Udtrykket halvmetal hentyder til det faktum, at dets elektriske egenskaber kan ændre sig mellem højkonduktans metallisk adfærd og lavkonduktans isolerende adfærd, afhængigt af dens elektronkonfiguration.

I den aktuelle undersøgelse, en femtosekundlaser bruges som kamera til at observere bevægelsen af ​​ophidsede elektroner, at fange dynamiske begivenheder, der finder sted på en femtosekunds tidsskala, eller en milliontedel af en milliardtedel af et sekund. Efterhånden som oxygenatomer blev tilføjet til chromklyngerne, de subtile overgange mellem isolerende og metalliske ledende egenskaber blev observeret.

"Vi har forsøgt at tage de mindst mulige byggesten af ​​chromoxid og ændre dem atom for atom, " siger Sayres. Resultaterne viser, at bulkegenskaberne af chromoxid stadig eksisterer ned til en ekstrem lille skala. "Det betyder, at vi kan lave nye enheder ud af meget små mængder materiale og stadig have disse spændende elektroniske egenskaber, som chromoxider er kendt for."

Ud over en ny generation af velkendte elektroniske enheder, chromoxid-baseret spintronik kan være med til at bane vejen for kvanteberegning.