In 1965, een gerenommeerde natuurkundige van Princeton University theoretiseerde dat ferro-elektrische metalen elektriciteit kunnen geleiden, ondanks dat ze niet in de natuur bestaan.

Al decenia, wetenschappers dachten dat het onmogelijk zou zijn om de theorie van Philip W. Anderson te bewijzen, die in 1977 de Nobelprijs voor natuurkunde deelde. Het was alsof je vuur en water probeerde te mengen, maar een door Rutgers geleid internationaal team van wetenschappers heeft de theorie geverifieerd en hun bevindingen zijn online gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"Het is spannend, " zei Jak Chakhalian, een teamleider van de studie en professor Claud Lovelace Endowed Chair in Experimental Physics aan de Rutgers University-New Brunswick. "We hebben een nieuwe klasse van tweedimensionale kunstmatige materialen met ferro-elektrische eigenschappen bij kamertemperatuur gecreëerd die in de natuur nog niet bestaan ​​en toch elektriciteit kunnen geleiden. Het is een belangrijke schakel tussen een theorie en een experiment."

Een hoeksteen van technologie, ferro-elektrische materialen worden gebruikt in elektronica zoals mobiele telefoons en andere antennes, computer opslag, medische uitrusting, hoge precisiemotoren, ultragevoelige sensoren en sonarapparatuur. Geen van hun materialen geleidt elektriciteit en de door Rutgers geleide bevindingen zouden mogelijk een nieuwe generatie apparaten en toepassingen kunnen voortbrengen, zei Chachalian.

"Ferro-elektriciteit is technologisch een zeer belangrijke klasse van materialen, "zei hij. "Ze bewegen, krimpen en uitzetten wanneer elektriciteit wordt toegepast en dat stelt u in staat om dingen met voortreffelijke precisie te verplaatsen. Bovendien, elke moderne mobiele telefoon heeft tientallen componenten met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van ferro-elektrisch materiaal."

Zoals veel natuurkundigen, Chakhalian houdt van een uitdaging en hij kon geen natuurkundige wet vinden die zegt dat ferro-elektrische metalen niet kunnen worden gemaakt. Dus zijn team, waaronder hoofdauteur Yanwei Cao, een voormalig doctoraatsstudent die nu professor is aan de Chinese Academie van Wetenschappen, gebruikte Chakhalian's ultramoderne gereedschappen om platen van slechts een paar atomen dik te maken. Het is alsof je sandwiches maakt, zei Chachalian.

"Als een materiaal ferro-elektrisch wordt, de atomen verschuiven permanent en we wilden metallische eigenschappen toevoegen aan een kunstmatig kristal dat elektriciteit geleidt, " zei hij. "Dus we namen twee zeer dunne lagen om een ​​tweedimensionaal metaal op het grensvlak te creëren en voegden een derde laag toe met speciale eigenschappen om de atomen in die metalen laag te verschuiven, het creëren van een ferro-elektrisch-achtig metaal. De nieuwe structuur heeft verschillende functionaliteiten ingebouwd, en dit is een grote win-win."