Een manier om de eigenschappen van een materiaal te veranderen, is door het een klein beetje uit te rekken, dus de atomen zijn verder uit elkaar, maar de bindingen tussen hen verbreken niet. Deze extra afstand beïnvloedt het gedrag van elektronen, die bepalen of het materiaal een isolator of een geleider van elektriciteit is, bijvoorbeeld.

Maar voor een belangrijke klasse van complexe oxidematerialen, uitrekken werkt niet zo goed; ze zijn zo broos als keramische koffiekopjes en zouden breken.

Wetenschappers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy en de Stanford University hebben nu een manier gevonden om dit probleem te omzeilen voor een complex oxide dat bekend staat als LCMO. Ze creëerden een superdun, flexibel membraan van het normaal brosse materiaal, gebruikte micromanipulatoren om het op een klein apparaatje uit te rekken en op zijn plaats te lijmen om de rek te behouden.

Door zachte warmte toe te passen om de lijm te smelten, ze zouden hetzelfde transparante membraan keer op keer kunnen loslaten en uitrekken en zien hoe het van een isolator naar een geleider en weer terug verandert. Rekken veranderde ook de magnetische eigenschappen.

"We kunnen deze dingen echt enorm uitrekken en belasten, tot 8%, " zei Harold Hwang, een professor aan SLAC en Stanford en een onderzoeker bij het Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES). "Dit opent een hele nieuwe wereld van mogelijkheden die een impact zullen hebben buiten deze specifieke studie."

Het onderzoeksteam rapporteerde zijn bevindingen in Wetenschap vandaag.

Nieuwe manieren om vrij te drijven en uit te rekken

LCMO, of lanthaancalciummangaanoxide, is wat bekend staat als een kwantummateriaal omdat de elektronen zich op onconventionele en vaak verrassende manieren gedragen. Wetenschappers willen dit gedrag kunnen controleren en verfijnen voor een nieuwe generatie elektronica met toepassingen in krachtoverbrenging, vervoer, computergebruik, sensoren en detectoren.

Dunne films van kwantummaterialen groeien over het algemeen op het oppervlak van een ander materiaal. Vier jaar geleden, De groep van Hwang meldde een gemakkelijke manier om die delicate lagen los te maken, zodat ze op nieuwe manieren konden worden bestudeerd.

Een van de onderzoekers die aan die studie heeft meegewerkt, Seung Sae Hong, leidde deze ook. Hij gebruikte de nieuwe methode om kleine stukjes LCMO te maken en los te maken die dunner waren dan ooit tevoren - minder dan 20 nanometer dik. Ze waren bijna transparant en verrassend flexibel.

Direct strekken van zo'n klein, breekbaar schroot zou moeilijk zijn, maar Hong loste dat probleem op door het op een dunne polymeerfilm te plakken - een beetje zoals een plastic zak uit een supermarkt - waar het uit eigen beweging bleef steken.

Daarna klemde hij de polymeerfilm aan elk van de vier zijden vast en gebruikte een micromanipulator om hem te trekken en uit te rekken - soms in één richting, soms in beide richtingen tegelijk. Nadat de LCMO was uitgerekt, de polymeerrug zou op een ander oppervlak kunnen worden gelijmd en naar een ander instrument kunnen worden gebracht voor onderzoek met röntgenstralen.

Elektronische toestanden omdraaien

"De experimenten waren nogal vervelend en moeilijk, " zei Hong, die nu assistent-professor is aan de Universiteit van Californië, Davy. "We zouden naar de film kijken, verwarm het om de lijm te verzachten en de rek te ontspannen, op een andere manier manipuleren, bevries het op zijn plaats en bekijk het opnieuw."

De onderzoekers waren in staat om de afstand tussen atomen direct te meten en te bevestigen dat deze toenam met uitrekken. Ze maten ook de elektrische weerstand van de LMCO en ontdekten dat door rekken het van een metalen toestand veranderde die elektriciteit gemakkelijk naar een isolerende toestand geleidt, wat niet. Het toepassen van een sterk magnetisch veld veranderde de magnetische toestand van het materiaal en veranderde het ook weer in een metaal.

"Als wetenschappelijk hulpmiddel is dit echt spannend, " Hong zei. "Het opent mogelijkheden voor het mechanisch manipuleren van brede klassen van materialen op manieren die we voorheen niet konden doen. En het geeft ons ideeën over hoe we flexibele materialen voor elektronische apparaten kunnen ontwerpen, inclusief sensoren en detectoren die zeer kleine veranderingen meten."