Onderzoekers van het Moscow Institute of Physics and Technology en het RAS Institute for Theoretical and Applied Electromagnetics hebben ontdekt waardoor vanadiumdioxidefilms elektriciteit geleiden. Gepubliceerd in Fysieke beoordeling B , hun bevindingen zullen warmtebeeldapparatuur mogelijk maken met een gevoeligheid en reactiesnelheid die superieur is aan die van de momenteel bestaande analogen.

Terwijl 100 nanometer dunne films vanadiumdioxide (VO ₂ ) geleiden normaal gesproken geen elektriciteit, hun weerstand daalt tot 100, 000 keer wanneer licht verwarmd. Dit kan gebeuren onder aangelegde spanning, bijvoorbeeld. Die eigenschap wordt gebruikt om snel schakelbare apparaten en sensoren te maken voor gelijkstroom of wisselsignaal in de terahertz, magnetron, optisch, of infrarood bereik.

Materiaalwetenschappers vonden VO ₂ films zouden in het midden van de 20e eeuw geleidend kunnen worden. Tot nu, het precieze mechanisme achter de verandering in de elektrische eigenschappen van het materiaal was onbekend. Zich bewust zijn van dat mechanisme maakt toepassingsgericht materiaalontwerp mogelijk. Dat omvat de synthese van dunne films met vooraf gedefinieerde eigenschappen, zoals de temperatuur waarbij de geleidbaarheid verandert of de verhouding tussen de weerstanden voor en na verwarming.

"Een van de nuttigste dingen waarvoor deze films waardevol kunnen zijn, zijn sensoren voor ongekoelde bolometers. Bolometers liggen ten grondslag aan warmtebeeldsystemen. VO ₂ films kunnen hun gevoeligheid en reactiesnelheid verhogen, uitbreiding van hun toepasbaarheid op snel bewegende objecten, " becommentarieerde studie co-auteur en MIPT-doctoraatsstudent Viktor Polozov van de Landau School of Physics and Research van de universiteit.

MIPT-onderzoekers stelden een scenario voor een VO . voor ₂ filmovergang tussen de isolerende en de geleidende toestand. Eerst wordt de film warm en komen er sporadisch geleidende gebieden in tevoorschijn. Dan worden die gebieden met elkaar verbonden, veranderen in een kanaal waardoor de film stroom geleidt. Verdere verwarming verbreedt het kanaal, het verminderen van de weerstand van de film.

Dit proces verloopt via een zogenaamd opblaasregime. Soortgelijke waarnemingen zijn al gedaan in andere materialen. Bijvoorbeeld, dit regime is ook kenmerkend voor de supergeleidende overgang in supergeleiders bij hoge temperatuur.

Om te bewijzen dat VO ₂ films ondergaan een soortgelijk proces, de Russische onderzoekers vertrouwden op een combinatie van theorie en experiment. Aan de ene kant, ze gebruikten de beschikbare modellen die processen beschrijven die plaatsvinden in het opblaasregime om theoretisch de stroom-spanningskarakteristieken van de films te voorspellen en hoe de weerstand zou moeten variëren met de temperatuur. Anderzijds, het team synthetiseerde zijn eigen films met verschillende eigenschappen en mat hun parameters experimenteel.

"De theoretische berekeningen kwamen overeen met de experimentele bevindingen, en dat gold voor films met verschillende structuren die op verschillende substraten waren afgezet. Dit bracht ons tot de conclusie dat het betrokken mechanisme universeel is, dat wil zeggen:het verklaart thermisch geïnduceerde geleidbaarheid in alle dunne VO ₂ films, " zei professor Alexander Rakhmanov van de Landau School of Physics and Research aan het MIPT, die co-auteur was van de studie.

De onderzoekers bevestigden hun hypothese over de transitie in VO ₂ gekenmerkt door een opblaasregime. Nu ze weten dat dit mechanisme ten grondslag ligt aan de transitie, het team kan dat proces modelleren. Dit zal de focus zijn van hun toekomstig onderzoek.