Steuern von Nickel-Nanoschaltern mit Licht

Anonim

Dr. Giordano Mattoni, Quantenforscher an der TU Delft, und seine Mitarbeiter haben gezeigt, dass der nanoelektronische Phasenübergang in einer Klasse von Materialien, die als Nickelate bekannt sind, durch Laserlicht gesteuert werden kann. Ihre Ergebnisse, die in Physical Review Materials veröffentlicht wurden, sind ein wichtiger Schritt auf dem Gebiet der neuen Materialien für die Elektronik.

Nickelate sind eine Klasse von Festkörpermaterialien mit einer Reihe von einzigartigen Eigenschaften, einschließlich dass sie einen Phasenübergang vom leitenden zum isolierenden Verhalten erfahren können. In früheren Untersuchungen zeigten Mattoni und Kollegen, wie sich der Metall-Isolator-Übergang (MIT) über solche Nickelate ausbreitet. In neueren Experimenten haben sie bewiesen, dass das MIT mit Laserlicht gesteuert werden kann. "Materialien mit umprogrammierbaren physikalischen Eigenschaften auf der Nanoskala sind sehr erwünscht, aber sie sind bisher kaum verfügbar", sagt Mattoni.

Während ihrer Experimente in einem internationalen Forschungslabor in Großbritannien haben die Wissenschaftler ultraschnelle Laserpulse mit einer Dauer von 100 Femtosekunden an einer Probe von NdNiO 3 (Neodym-Nickelat) gerichtet. "Das Senden eines sehr schnellen, energiereichen Laserimpulses erhöhte die Temperatur der Probe für einen kurzen Augenblick von 150 auf 152 Kelvin. Dieser kleine Temperaturanstieg reichte aus, um die Eigenschaft des Materials von isolierend zu leitend zu verändern Indem wir die Leistung des Lasers erhöhen, können wir kontrollieren, wie isolierend oder metallisch das Material sein könnte, und so seine physikalischen Eigenschaften kontrollieren. "

Diese Kontrolle wird auch durch eine andere Eigenschaft des Materials ermöglicht: Hysterese (aus dem Griechischen für "Rückstand"). "Beim Aufheizen oder Abkühlen folgt das Material nicht dem gleichen Übergangsmuster. Wir können dieses Phänomen nutzen, um das Material in einer bestimmten Phase zu fixieren." Im täglichen Leben wird die Hysterese beispielsweise zur Steuerung von Thermostaten in Kühlschränken oder Zentralheizungssystemen verwendet. Die Aktivierung und Deaktivierung wird durch Erfassung der Temperatur gesteuert, so dass sich die Systeme nicht ständig ein- und ausschalten.

Obwohl diese Studie grundlegend war, sind praktische Anwendungen am Horizont: Materialien, in denen Leitfähigkeit ein- und ausgeschaltet werden kann, könnten für Schalter und Schaltkreise für neuartige elektronische Geräte verwendet werden. "Solche Materialien könnten für künstliche neuronale Netze verwendet werden", sagt Mattoni. "Bis jetzt wurden alle Entwicklungen auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz in Software gemacht. Wenn Sie Algorithmen direkt mit irgendeiner Art von Hardware ausführen können, können Sie wirklich so etwas wie das Gehirn erschaffen."

Trotz der positiven Ergebnisse war das Experiment selbst nicht geplant. "Wir haben gerade an einem sehr schwierigen Experiment gearbeitet, das wir aufgeben mussten. Aber das bedeutete, dass wir noch Zeit am Synchrotron hatten, und diese wenigen Stunden haben wir bis zur vollen Wirkung genutzt." Das beweist, dass man sogar in der Grundlagenforschung Heu machen muss, während die Sonne scheint.

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