Создан материал переключатель «проводник-изолятор»

Создан материал переключатель «проводник-изолятор»

Специалистами университета Висконсина-Мэдисона создан материал, обладающий свойствами перехода от электропроводящей структуры металла к структуре-изолятору без изменения атомной структуры. Это открытие сами исследователи называют не меньше, как захватывающим методом электронного переключения. Новый материал обещает заложить основу проектирования и создания сверхбыстрых электронных устройств. Стоит отметить, разработкой занималась международная команда сотрудников, о чём сообщает журнал «Science».

Универсальный материал переключатель

Металлы, структурно похожие на медь или серебро, проводят электричество, тогда как изоляторы, подобные резине или стеклу, полностью исключают течение тока. Однако некоторые материалы способны переходить от свойств изоляторов к свойствам проводящих материалов.

Этот переход обычно обусловлен расположением атомов материала и проводящих электронов, которые изменяются согласованным образом. Но атомный переход обычно протекает значительно медленнее, чем малоразмерные и более лёгкие электроны, проводящие электричество.

Учёные утверждают — материал, наделённый свойствами переключаться в состояние проводящего электричество, не изменяя при этом атомную структуру, обещает значительно увеличить скорость переключения передовых электронных устройств.

Так, переход «металл-изолятор» крайне важен для таких устройств, какими являются коммутаторы и логические системы с единичным или нулевым состоянием. Теперь учёные получили потенциал, позволяющий использовать эту концепцию быстрого переключателя.

Выполненными исследованиями международная группа исследователей смогла получить ответ на фундаментальный вопрос, долгие годы остающийся неразрешённым для ученых: возможен ли принцип разделения электронного и структурного перехода — по существу? Могут ли быстро меняющиеся электроны возбуждаться сами по себе и оставлять атомы?

Что показали эксперименты на диоксид ванадии?

Для экспериментов использовался материал, именуемый диоксид ванадия. Это достаточно интересный материал, приобретающий свойства металла-проводника при нагревании и свойства изолятора в условиях комнатной температуры.

При высоких температурах атомы, образующие двуокись ванадия, находятся в регулярно повторяющемся цикле, названным учёными рутильной фазой. Когда диоксид ванадия остывает, превращаясь в изолятор, атомы этого материала принимают другой узор — моноклинный.

Никакие природные вещества не проводят электричество, когда атомы находятся в моноклинной конформации. Однако требуется перемещение атомов, когда необходимо достижение температуры перехода между состояниями изолятора и металла-проводника. Здесь существенным видится переход двуокиси ванадия от металла к изолятору при разных температурах. И этот переход зависит от объёмной доли кислорода, присутствующего в структуре.

Исследовательская группа воспользовалась этим фактом, создав два тонких слоя двуокиси ванадия. Один слой с более низкой температурой перехода относительно другого и оба размещённые один над другим с резким интерфейсом между этими слоями. Когда нагревали созданный тонкий «пирог», структура одного слоя превращалась в металл.

Атомы в другом слое оставались запертыми в изолирующей моноклинной фазе. Удивительно, но часть «пирога» проводила электричество, тогда как другая часть — нет. Самое главное – исследуемый образец оставался стабильным и сохранял свои уникальные характеристики.


При помощи информации: WISC