Een team van onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology heeft ongekend inzicht gekregen in de innerlijke werking van een atoomschakelaar. Door de samenstelling te onderzoeken van het kleine metalen 'bruggetje' dat zich in de schakelaar vormt, hun bevindingen kunnen het ontwerp van atomaire schakelaars met verbeterde prestaties stimuleren.

Atoomschakelaars worden geprezen als de kleinste elektrochemische schakelaars, en ze zouden het gezicht van informatietechnologie kunnen veranderen. Vanwege hun afmetingen op nanoschaal en een laag stroomverbruik, ze zijn veelbelovend voor integratie in circuits van de volgende generatie die de ontwikkeling van apparaten voor kunstmatige intelligentie (AI) en Internet of Things (IoT) zouden kunnen stimuleren.

Hoewel er verschillende ontwerpen zijn ontstaan, een intrigerende vraag betreft de aard van de metalen gloeidraad, of brug, dat is de sleutel tot de werking van de schakelaar. De brug vormt zich in een metalen sulfidelaag die is ingeklemd tussen twee elektroden, en wordt geregeld door een spanning aan te leggen die een elektrochemische reactie veroorzaakt. De vorming en vernietiging van deze brug bepaalt of de schakelaar aan of uit staat.

Nutsvoorzieningen, een onderzoeksgroep, waaronder Akira Aiba en Manabu Kiguchi en collega's van de afdeling Chemie van het Tokyo Institute of Technology, heeft een bruikbare manier gevonden om te onderzoeken waaruit de brug precies bestaat.

Door de atoomschakelaar voldoende af te koelen om de brug te kunnen onderzoeken met behulp van een meettechniek bij lage temperatuur, puntcontactspectroscopie (PCS), hun studie onthulde dat de brug bestaat uit metaalatomen van zowel de elektrode als de metaalsulfidelaag. Deze verrassende bevinding weerlegt het heersende idee dat de brug alleen afkomstig is van de elektrode, legt Kiguchi uit.

Het team vergeleek atomaire schakelaars met verschillende combinaties van elektroden (Pt en Ag, of Pt en Cu) en metaalsulfidelagen (Cu ₂ S en Ag ₂ S). In beide gevallen, ze ontdekten dat de brug voornamelijk uit Ag bestaat.

De reden achter de dominantie van Ag in de brug is waarschijnlijk te wijten aan "de hogere mobiliteit van Ag-ionen in vergelijking met Cu-ionen, " zeggen de onderzoekers in hun paper gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces .

Ze concluderen dat "het beter zou zijn om metalen met een lage mobiliteit te gebruiken" voor het ontwerpen van atomaire schakelaars met een hogere stabiliteit.

Er moet nog veel worden onderzocht in de vooruitgang van atomaire schakeltechnologieën, en het team blijft onderzoeken welke combinatie van elementen het meest effectief is om de prestaties te verbeteren.