Lennon en McCartney. Abbott en Costello. Pindakaas en gelei.

Denk aan de helft van een beroemd duo, en de andere helft komt waarschijnlijk voor de geest. Ze vullen elkaar niet alleen aan, maar samen werken ze beter.

Hetzelfde geldt voor het snelgroeiende gebied van oxide-elektronicamaterialen. Met een breed scala aan gedragingen, inclusief elektronische, magnetisch en supergeleidend, deze multifunctionele materialen staan ​​klaar om de manier waarop we denken over de functies van traditionele elektronische apparaten op basis van silicium, zoals mobiele telefoons of computers, uit te breiden.

Maar tot nu toe, een cruciaal aspect ontbrak - een aspect dat de functie van elektronen in oxide-elektronica aanvult. En een team onder leiding van materiaalwetenschapper Chang-Beom Eom van de Universiteit van Wisconsin-Madison heeft direct opgemerkt dat de ontbrekende tweede helft van het duo nodig is om oxide-elektronicamaterialen vooruit te helpen.

Het wordt een tweedimensionaal gatgas genoemd - een tegenhanger van iets dat bekend staat als een tweedimensionaal elektronengas. Al meer dan een decennium, onderzoekers hebben erkend dat een gasvormig gat mogelijk was, maar heb het niet experimenteel kunnen maken.

Vandaag schrijven (5 februari, 2018) in het tijdschrift Natuurmaterialen , Eom en zijn medewerkers leverden bewijs van een gatgas dat naast het elektronengas bestond. Ze ontwierpen een ultradun materiaal, bekend als een dunne filmstructuur, speciaal voor dit onderzoek.

"Het 2D-gatgas was niet mogelijk, voornamelijk omdat er geen perfect genoeg kristallen konden worden gekweekt, " zegt Eom, de Theodore H. Geballe Professor en Harvey D. Spangler Distinguished Professor in materiaalkunde en techniek. "Binnenkant, er waren defecten die het gatgas doodden."

Eom is een wereldexpert in materiële groei, met behulp van technieken die hem in staat stellen om minutieus te bouwen, of "groeien, " elke laag van een materiaal met atomaire precisie. Die expertise, gecombineerd met inzicht in de interactie tussen lagen in hun structuur, was de sleutel bij het identificeren van het ongrijpbare 2D-gatgas.

"We waren in staat om de juiste structuur te ontwerpen en bijna perfecte kristallen te maken, allemaal zonder gebreken die het gatgas aantasten, " hij zegt.

Ook belangrijk bij het identificeren van het gatgas was de bijna symmetrische manier waarop Eom de verschillende lagen assembleerde - zoiets als een clubsandwich. Terwijl andere onderzoekers het materiaal in een tweelaagse structuur hebben gemaakt, Eom ontwierp een driedubbele laag. Hij wisselde lagen strontiumoxide en titaniumdioxide af op de bodem, dan lagen lanthaanoxide en aluminiumoxide, vervolgens werden er extra lagen strontiumoxide en titaniumdioxide aan de bovenkant toegevoegd.

Als resultaat, het gatgas vormt zich op het grensvlak van de lagen aan de bovenkant, terwijl het elektronengas zich vormt op het grensvlak van de lagen op de bodem - de eerste demonstratie van een zeer krachtig complementair paar.

Net zoals mensen 50 jaar geleden waarschijnlijk niet hadden kunnen denken dat ze via draadloze apparaten zouden communiceren, de vooruitgang vormt een platform dat nieuwe concepten-toepassingen mogelijk maakt die vandaag onze stoutste dromen te boven gaan.

"We verbeteren niet alleen de prestaties van apparaten, "zegt Eom. "Dus, geen mobiele telefoon verbeteren, bijvoorbeeld, maar met een geheel nieuw apparaat dat mogelijk wordt gemaakt door deze vooruitgang. Dit is het begin van een spannende nieuwe weg."