Een groep Europese wetenschappers onder leiding van onderzoekers van de TU Delft heeft ontdekt hoe faseovergangen zich voortplanten door materialen die nikkelaten worden genoemd. De ontdekking verbetert ons begrip van deze nieuwe materialen, die mogelijk in toekomstige elektronica kan worden gebruikt.

Bij kokend water, je hebt waarschijnlijk gemerkt dat er voor het eerst bellen rond de randen verschijnen. Faseovergangen ontstaan ​​altijd daar waar de omstandigheden het gunstigst zijn, op punten die nucleatiecentra worden genoemd. In het geval van het water, de nucleatiecentra zijn de randen van de pot. Hoe nucleatiecentra verschijnen op nanoschaal, echter, was tot nu toe onbekend.

Giordano Mattoni, een promovendus aan de TU Delft, leidde een samenwerking van wetenschappers van vijf verschillende Europese instellingen die tot doel hadden een fundamenteel begrip te krijgen van hoe faseovergangen zich voortplanten in een nieuwe klasse van vastestofmaterialen die nikkelaten worden genoemd. In het specifieke type nikkel dat Mattoni en zijn collega's hebben onderzocht, de faseovergang is duaal. Wanneer de temperatuur van het materiaal verandert, zowel de elektronische als de magnetische eigenschappen van de materialen veranderen mee.

Dat de faseovergang in dit materiaal dubbel is, was al bekend. Maar tot nu toe, het was onduidelijk hoe de overgang plaatsvond en welke factoren het proces op nanoschaal beïnvloedden. Met behulp van nauwkeurig afgestemd röntgenlicht als vergrootinstrument voor hun microscopie, Mattoni en zijn collega's konden de overgang in vaste toestand van de metalen naar de isolerende toestand in realtime zien plaatsvinden. Ze ontdekten dat wanneer het materiaal is afgekoeld, isolerende nano-domeinen beginnen geleidelijk te verschijnen, totdat het materiaal is bedekt met kleine, isolerende strepen. "Zonder zo'n hoge resolutie microscopie, het zou onmogelijk zijn geweest om deze domeinen te zien, ' zegt Mattoni.

Voor hun onderzoek hebben Mattoni en collega's deponeerden de dunne nikkelfilm op een substraat. De manier waarop het materiaal overging van metaal naar isolator, het blijkt, was gebonden aan de vorm van het substraatoppervlak, die in dit geval op een rijstterras leek. Als het oppervlak vierkante gaten had, bijvoorbeeld, de domeinen zouden de vorm van vierkanten zijn geweest. "En aangezien we het substraatoppervlak kunnen vormen, we kunnen de vorm van de isolerende domeinen beïnvloeden, ' zegt Mattoni.

Verder onderzoek door Mattoni zal het gebruik van een laser omvatten om het materiaal vrijwel onmiddellijk van fase te laten veranderen. Het idee is om nanostructuren te hebben waarin zowel magnetisme als geleidbaarheid vrijwel ogenblikkelijk kunnen worden in- en uitgeschakeld. Potentiële toekomstige elektronica zou, bijvoorbeeld, gebruik nikkelaatstructuren als lichtgestuurde ultrasnelle transistoren. Op lange termijn, deze ontdekking kan zelfs leiden tot elektronica die neurale netwerken in het menselijk brein nabootst.