Forskare vid MIT i USA har utvecklat ett tunnfilmsmaterial vars ”fas” och elektriska egenskaper kan kopplas om mellan att vara metalliskt och halvledande helt enkelt genom att applicera en pytteliten spänning. Materialet kan bland annat komma att utnyttjas i utvecklingen av framtidens icke-flyktiga minnen.

Resultaten redovisas nu i tidskriften Nano Letters av doktoranden i materialvetenskap Qiyang Lu och docent Bilge Yildiz vid MIT och forskningen bygger på ett tunnfilmsmaterial som kallas strontiumkoboltglans, eller SrCoOx.

– Vanligtvis styrs den strukturella fasen hos ett material av dess sammansättning, temperatur och tryck. Här visar vi för första gången att en elektrisk spänning kan inducera en fasövergång i materialet. Och faktum är att vi uppnått detta genom att ändra syrehalten i SrCoOx, säger Bilge Yidiz.

Materialet har två olika strukturer som är beroende av hur många syreatomer per ”enhetscell” det innehåller, och dessa två strukturer har helt olika egenskaper. En av dessa konfigurationer av molekylstrukturen kallas perovskit och den andra brownmillerite. När mer syre är närvarande bildar materialet tätt slutna, burliknande kristallstrukturen hos perovskit, medan en lägre koncentration av syre producerar mer öppna strukturen hos brownmillerite.

De två materialformerna har väldigt olika kemiska, elektriska, magnetiska och fysikaliska egenskaper, och Lu och Yildiz fann att materialet kan växla mellan de två formerna genom att lägga på en mycket liten spänning – 30 millivolt. Och när omslaget skett förblir den nya konfigurationen stabil fram till dess en omvänt polariserad spänning appliceras.

Strontiumkoboltglans (strontiumcobaltites) är bara ett exempel på en klass av material som är kända som övergångsmetalloxider och som betraktas som lovande för en mängd olika tillämpningar, inklusive elektroder i bränsleceller, membran som tillåter syre att passera genom dem för att åstadkomma gasseparation och elektronikkomponenter såsom memristors – en form av icke-flyktiga energieffektiva minnen. Förmågan hos materialet att utlösa en fasförändring genom att enbart använda en liten elektrisk spänning skulle kunna öppna upp många användningsområden för dessa material, menar forskarna.

– Tidigare arbeten med Strontiumkoboltglans handlar om förändringar i syrekoncentrationen i den omgivande gasatmosfären för att styra vilken av de två formerna materialet skulle inta, men det är i sig en mycket långsammare och svårare process att kontrollera, säger Lu. Deras idé var att inte ändra atmosfären utan istället enbart lägga på en elektrisk spänning på materialet för att uppnå samma resultat.

Filed under: Utländsk Teknik