![Het gebruik van Grote vooruitgang voor elektronische gadgets van de toekomst](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800/2020/greatprogres.jpg)
Het gebruik van “verborgen” defecten op atomair niveau kan de geleidbaarheid van het materiaal veranderen en tegelijkertijd de structurele integriteit behouden. Krediet: Nanolayers Research Computing
Onderzoekers van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie (NTNU) hebben een geheel nieuwe methode gevonden om de elektronische eigenschappen van oxidematerialen te controleren. Dit opent de deur naar nog kleinere componenten en wellicht duurzamere elektronica.
“We hebben een compleet nieuwe manier gevonden om de geleidbaarheid van materialen op nanoschaal te regelen”, zegt professor Dennis Meier van de afdeling Materials Science and Engineering van NTNU.
Een van de beste aspecten van de nieuwe methode is dat deze niet interfereert met andere eigenschappen van het materiaal, zoals eerdere methoden deden. Hierdoor is het mogelijk om verschillende functies in hetzelfde materiaal te combineren, wat een belangrijke vooruitgang is voor nanotechnologie.
“Wat echt geweldig is, is dat dit project wordt uitgevoerd vanuit NTNU en waarbij mensen van verschillende afdelingen betrokken zijn. We profiteren ook van belangrijke faciliteiten zoals het NanoLab en het TEM (transmissie-elektronenmicroscopie) Gemini Center. Deze interdisciplinaire aanpak laat zien wat we kunnen doen als we werken samen ”, zegt Meier.
Een nieuw artikel in het tijdschrift Natuurmaterialen gaat in op de bevindingen. Al voordat het werd gedrukt, heeft het artikel internationale aandacht getrokken.
De mogelijkheden die de ontdekking biedt, zijn besproken in het augustusnummer van Natuurmaterialen door vooraanstaande experts in het veld.
We denken zelden na over de technologie achter het inschakelen van een gloeilamp of ons gebruik van elektrische apparaten. De controle van geladen deeltjes op minuutschaal is gewoon een onderdeel van het dagelijks leven.
Maar op een veel kleinere nanoschaal zijn wetenschappers nu routinematig in staat om de elektronenstroom te manipuleren. Dit biedt mogelijkheden voor nog kleinere componenten in computers en mobiele telefoons die nauwelijks elektriciteit verbruiken.
Er blijft echter een fundamenteel probleem. U kunt elektronische componenten op nanoschaal simuleren, maar enkele van de meest veelbelovende concepten lijken elkaar uit te sluiten. Dit betekent dat je niet meerdere componenten kunt combineren om een netwerk te creëren.
“ Het gebruik van kwantumverschijnselen vereist extreme precisie om de juiste verhouding van verschillende stoffen in het materiaal te behouden en tegelijkertijd de chemische structuur van het materiaal te veranderen, wat nodig is als je kunstmatige synapsen wilt maken om de eigenschappen van zenuwbanen te simuleren zoals we die kennen uit de biologie. ‘, Zegt Meier.
Via interdepartementale samenwerking onder leiding van professor Meier is het gelukt om een aantal van deze problemen te omzeilen door een nieuwe aanpak te ontwikkelen.
“De nieuwe aanpak is gebaseerd op het exploiteren van ‘verborgen’ onregelmatigheden op atomair niveau, de zogenaamde anti-Frenkel-defecten”, zegt Meier.
De onderzoekers zijn er zelf in geslaagd om dergelijke defecten te creëren, waardoor een isolatiemateriaal elektrisch geleidend kan worden.
Gebreken in het materiaal houden verband met de verschillende eigenschappen ervan. De anti-Frenkel-defecten kunnen echter zo worden gemanipuleerd dat veranderingen in de geleidbaarheid de feitelijke structuur van het materiaal niet beïnvloeden of de andere eigenschappen, zoals magnetisme en ferro-elektriciteit, veranderen.
“Door de structurele integriteit te behouden, is het mogelijk om multifunctionele apparaten te ontwerpen met hetzelfde materiaal. Dit is een grote stap naar nieuwe technologie op nanoschaal”, zegt Meier.
Het onderzoeksteam bestaat uit professor SM Selbach van de afdeling Materials Science and Engineering, professoren Antonius TJ van Helvoort en Jaakko Akola en universitair hoofddocenten Per Erik Vullum en David Gao van de afdeling natuurkunde, en universitair hoofddocent Jan Torgersen van de afdeling Mechanische en Industriële techniek.
Een ander voordeel van de nieuwe aanpak is dat onderzoekers met een simpele warmtebehandeling componenten op nanoschaal kunnen wissen. Daarna kunt u de componenten in het materiaal achteraf wijzigen of upgraden.
“Misschien kunnen we onze elektronische gadgets langer gebruiken in plaats van ze te recyclen of weg te gooien. We kunnen ze gewoon upgraden. Dit is fundamenteel veel milieuvriendelijker”, zegt Meier.
Er wordt al gewerkt aan de planning voor verdere pogingen om verschillende componenten te combineren. Dit werk wordt uitgevoerd door de FACET-groep van de afdeling Materials Science and Engineering van NTNU.
Het werk wordt ondersteund door de European Research Council via een ERC Consolidator Grant die Meier vorig jaar ontving. Ook het gerenommeerde Center for Quantum Spintronics (QuSpin) is hierbij betrokken. Het doel is om zowel lading als spin in de elektronen te gebruiken om ons een milieuvriendelijkere toekomst te geven.
Donald M.Evans et al, geleidbaarheidscontrole via minimaal invasieve anti-Frenkel-defecten in een functioneel oxide, Natuurmaterialen (2020). DOI: 10.1038 / s41563-020-0765-x
Natuurmaterialen
Aangeboden door Norwegian University of Science and Technology