Ultradunne metaalfilms tonen instelbare, directionele ladingsstroom met behulp van licht bij kamertemperatuur

In een belangrijke stap in de richting van de volgende generatie-elektronica hebben onderzoekers van de Twin Cities van de Universiteit van Minnesota een manier ontdekt om de richting van ladingsstroom in metallische films bij kamertemperatuur te manipuleren met behulp van licht. Deze ontdekking opent de deur naar meer energie-efficiënte optische sensoren, detectoren en kwantuminformatie-apparaten.

Het onderzoek is gepubliceerd in De wetenschap vordert.

Het team toonde aan dat ultradunne lagen rutheniumdioxide (ruo₂), gekweekt op titaniumdioxide (TIO₂), kan worden gemaakt om zich anders te gedragen, afhankelijk van de richting – zowel in hoe ze reageren op licht en hoe elektriciteit erdoorheen beweegt.

“We hebben dit probleem opgelost door zorgvuldig ultra-dunne metalen lagen te ontwerpen die op nieuwe manieren met licht interageren-iets dat je niet ziet in de dikkere versie van dit materiaal,” zei Bharat Jalan, senior auteur van de studie en de Shell-voorzitter professor in de afdeling Chemical Engineering and Materials Science aan de Universiteit van Minnesota Twin Cities.

“Dit werk toont aan dat we nu de ultrasnelle geleidbaarheid in metalen kunnen aanpassen met dezelfde soort precieze controle als epitaxiale stam, een methode die eerder is gereserveerd voor halfgeleiders of isolatoren.”

De studie toont aan dat door het veranderen van hoe atomen in verschillende richtingen worden uitgerekt, wetenschappers de manier kunnen regelen waarop het materiaal op licht reageert. Dit is een effect dat bij kamertemperatuur werkt en kan worden gebruikt voor real-world technologie.

“Dit is de eerste keer dat iemand instelbare, directionele ultrasnelle versieringsrelaxatie in een metaal bij kamertemperatuur heeft aangetoond”, zegt Seunggyo Jeong, postdoctorale onderzoeker bij de afdeling Chemical Engineering and Materials Science aan de Universiteit van Minnesota en hoofdauteur op het papier. “Het daagt langdurige veronderstellingen uit in de fysica van gecondenseerde materie en opent een fundamenteel nieuw pad om lading en licht in metallische systemen te manipuleren.”

Deze ontdekking is vooral belangrijk voor opto -elektronische en geheugenapparaten die afhankelijk zijn van het regelen van hoe snel en efficiënt dragers reageren op licht.

“De bevindingen bieden diep inzicht in hoe subtiele structurele vervormingen-zoals spanningontspanning-het elektronische landschap van metalen kunnen hervormen,” voegde Tony Low, een professor Paul Palmberg aan de afdeling Elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Minnesota en co-auteur op het papier. “Dit kan van cruciaal belang zijn voor toekomstige ultrasnelle en polarisatiegevoelige opto-elektronische technologieën.”

Van traditionele metalen werd gedacht dat ze de directionele controle missen die nodig was voor een dergelijke precisie vanwege hun complexe, multiband aard. Maar het onderzoeksteam ontdekte dat door het exploiteren van bandnesteren – een kenmerk van de elektronische structuur – de ultrasnelle reactie kan worden gemaakt om een fysieke eigenschap te hebben die een andere waarde heeft wanneer ze in verschillende richtingen worden gemeten. Deze vorderingen kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van krachtige apparaten met lage kracht voor computers, gegevensopslag, detectie en beveiligde communicatie.

Vervolgens zijn de onderzoekers van plan deze engineered ruo te integreren₂ Films in daadwerkelijke apparaten en verkennen vergelijkbare fenomenen in andere oxidesystemen.

Naast Jalan, Jeong en Low, omvatte het team van de Universiteit van Minnesota Sreejith Nair een afgestudeerde student van het Department of Chemical Engineering and Materials Science, en Seunjun Lee een postdoctorale medewerker van het Department of Electrical and Computer Engineering. Dit werk werd gedaan in samenwerking met Gwangju Institute of Science and Technology, Sungkyunkwan University en de University of Kentucky.