Ontdekking van massaloze elektronen in faseovergangsmaterialen vormt de volgende stap voor toekomstige elektronica

Onderzoekers hebben elektronen gevonden die zich gedragen alsof ze geen massa hebben, de zogenaamde Dirac-elektronen, in een samenstelling die wordt gebruikt in herschrijfbare schijven, zoals cd’s en dvd’s. De ontdekking van ‘massaloze’ elektronen in dit faseovergangsmateriaal zou kunnen leiden tot snellere elektronische apparaten.

Het internationale team publiceerde hun resultaten op 6 juli in ACS Nano, een tijdschrift van de American Chemical Society.

De verbinding, GeSb₂Te₄, is een faseovergangsmateriaal, wat betekent dat de atomaire structuur onder hitte verschuift van amorf naar kristallijn. Elke structuur heeft individuele eigenschappen en is omkeerbaar, waardoor de verbinding een ideaal materiaal is om te gebruiken in elektronische apparaten waar informatie meerdere keren kan worden geschreven en herschreven.

“Faseveranderingsmaterialen hebben veel aandacht getrokken vanwege het scherpe contrast in optische en elektrische eigenschappen tussen hun twee fasen”, zegt papierauteur Akio Kimura, professor in de afdeling Exacte Wetenschappen aan de Graduate School of Science en de Graduate School of Advanced Science and Engineering aan de Hiroshima University. “De elektronische structuur in de amorfe fase is al aangepakt, maar de experimentele studie van de elektronische structuur in de kristallijne fase was nog niet onderzocht.”

De onderzoekers ontdekten dat de kristallijne fase van GeSb₂Te₄ heeft Dirac-elektronen, wat betekent dat het zich op dezelfde manier gedraagt ​​als grafeen, een geleidend materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen. Ze ontdekten ook dat het oppervlak van de kristallijne structuur eigenschappen deelt met een topologische isolator, waarbij de interne structuur statisch blijft terwijl het oppervlak elektrische activiteit geleidt.

“De amorfe fase vertoont een halfgeleidend gedrag met een grote elektrische soortelijke weerstand, terwijl de kristallijne fase zich gedraagt ​​als een metaal met een veel lagere elektrische soortelijke weerstand”, zegt Munisa Nurmamat, papierauteur en assistent-professor bij de afdeling Fysische Wetenschappen van de Graduate School of Science. en de Graduate School of Advanced Science and Engineering aan de Hiroshima University. “De kristallijne fase van GeSb₂Te₄ kan worden gezien als een 3D-analoog van grafeen. “

Volgens Nurmamat en Kimura wordt grafeen door onderzoekers al beschouwd als een zeer snel geleidend materiaal, maar de inherent lage aan- en uit-stroomverhouding beperkt de manier waarop het in elektronische apparaten wordt toegepast. Als 3D-versie van grafeen biedt GeSb₂Te₄ combineert snelheid met flexibiliteit om de volgende generatie elektrische schakelapparatuur te ontwikkelen.