Er is vaak een uitgesproken symmetrie als je naar het kristalrooster kijkt:het maakt niet uit waar je kijkt - de atomen zijn in elke richting uniform gerangschikt. Dit gedrag zou ook worden verwacht van een kristal, welke natuurkundigen aan het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), de Universiteit van Warschau en de Poolse Academie van Wetenschappen geproduceerd met een verbinding van een indiumarsenide halfgeleider verrijkt met ijzer. Het materiaal, echter, hield zich niet aan perfecte symmetrie. Het ijzer vormde tweedimensionaal, lamellaire structuren in het kristal die magnetisch waren. Op de lange termijn, het resultaat zou van vitaal belang kunnen zijn bij het begrijpen van supergeleiders.

"Gebruikmakend van de mogelijkheden van ons Ion Beam Center, we vuurden snelle ijzerionen af ​​op een kristal gemaakt van indiumarsenide, een halfgeleider gemaakt van indium en arseen, " zegt Dr. Shengqiang Zhou, natuurkundige aan het HZDR Institute of Ion Beam Physics and Materials Research. "Het ijzer drong ongeveer 100 nanometer diep door in het kristaloppervlak." De ijzerionen waren in de minderheid, die slechts een paar procent in het oppervlak vormen. De onderzoekers vuurden vervolgens met een laser lichtpulsen af ​​op het kristal. De flitsen waren ultrakort, zodat alleen het oppervlak smolt. "Voor veel minder dan een microseconde, de bovenste honderd nanometer was een hete soep, terwijl het kristal eronder koud en goed geordend bleef, "Zhou zegt, het resultaat beschrijven.

Het kristaloppervlak koelde in een oogwenk weer af na het laserbombardement. Er gebeurde iets ongewoons:het oppervlak was in wezen teruggekeerd naar de indiumarsenide-roosterstructuur. de koeling, echter, was zo snel dat de ijzeratomen niet voldoende tijd hadden om een ​​regelmatige roostertoestand in het kristal te vinden en in te nemen. In plaats daarvan, de metaalatomen bundelden hun krachten met hun soortgenoten om opmerkelijke structuren te vormen - kleine, tweedimensionale lamellen die parallel zijn gerangschikt.

"Het kwam als een verrassing dat de ijzeratomen op deze manier waren gerangschikt, ", zegt Zhou. "Zo konden we voor het eerst wereldwijd zo'n lamellaire structuur creëren." Toen de experts het nieuw gecreëerde materiaal nader bekeken, ze stelden vast dat het magnetisch was geworden door de invloed van ijzer. De onderzoekers uit Polen en Duitsland wisten het proces ook theoretisch te beschrijven en op de computer te simuleren. "De ijzeratomen rangschikten zichzelf in een lamellaire structuur omdat dit energetisch de gunstigste toestand was die ze in de korte tijd konden aannemen, " zegt Prof. Tomasz Dietl van het International Research Center MagTop van de Poolse Academie van Wetenschappen, het resultaat van de berekeningen samenvatten.

Het resultaat kan relevant zijn in, bijvoorbeeld, supergeleiders begrijpen - een klasse materialen die elektriciteit volledig zonder verlies kan geleiden. "Lamellenachtige structuren zijn ook te vinden in veel supergeleidende materialen, " legt Zhou uit. "Onze verbinding zou daarom als modelsysteem kunnen dienen en helpen bij het beter begrijpen van het gedrag van supergeleiders." Dit zou misschien ook kunnen dienen om hun eigenschappen te optimaliseren:om supergeleiders te laten werken, ze moeten momenteel worden gekoeld tot relatief lage temperaturen van, bijvoorbeeld, min tweehonderd graden Celsius. Het doel van veel experts is om deze temperaturen geleidelijk te verhogen - totdat ze een droommateriaal vinden, die zelfs bij normale omgevingstemperaturen zijn elektrische weerstand verliest.