Titaanmonoxide (TiO), een anorganische chemische verbinding, is een materiaal dat aan nauwkeurige studie door fysici is ontgaan vanwege een gebrek aan zeer zuivere monokristallijne monsters. Een team van onderzoekers, Hoewel, heeft nu TiO van hoge kwaliteit kunnen synthetiseren en onderzoeken en ontdekt dat dit materiaal enkele verrassende eigenschappen heeft.

Het onderzoeksteam, waaronder wetenschappers van Yale, Universiteit van Brits-Columbia, Universiteit van de Chinese Academie van Wetenschappen, en Brookhaven National Laboratory, vindt dat TiO fungeert als een supergeleider - een materiaal dat elektronen zonder weerstand kan transporteren - bij een temperatuur van bijna min 273 graden Celsius. Supergeleiding onderscheidt het van andere materialen in de monoxidefamilie. De resultaten zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

"Het feit dat het een supergeleider is, is verrassend, omdat supergeleiding zeldzaam is in oxiden met slechts één zuurstof per metaalatoom, " zei co-auteur Sangjae Lee, een afgestudeerde student in het lab van Charles Ahn, de John C. Malone hoogleraar Technische Natuurkunde en afdelingsvoorzitter. "We vinden dat het heel dicht bij het supergeleidende gedrag van titaniummetaal zelf ligt."

TiO bestaat uit een enkele zuurstof die zich bindt tussen de titaniumatomen. Conventioneel denken voorspelt dat de binding tussen titanium en zuurstof verantwoordelijk is voor veel van de interessante fysica van het materiaal, maar bij nadere beschouwing blijkt dat het titanium zelf een belangrijke drijfveer is voor de elektronische eigenschappen.

Een van de redenen waarom TiO niet meer is onderzocht, is omdat het zo moeilijk is om monsters van hoge kwaliteit te krijgen. Met behulp van een materiaalgroeimethode die bekend staat als moleculaire bundelepitaxie, echter, het onderzoeksteam is in staat een zeer zuiver monster van het te bestuderen materiaal te synthetiseren.

"Vergeleken met andere groeimethoden, moleculaire bundelepitaxie is flexibel genoeg om fasen te stabiliseren die op geen enkele andere manier kunnen worden gesynthetiseerd, "zei Leen.

Toen ze eenmaal een monster van hoge zuiverheid hadden, ze gebruikten een aantal experimentele en theoretische technieken om het te bestuderen en informatie te verkrijgen over het elektronische gedrag en de structuur ervan.

"Door alle experimentele gegevens te combineren met theorie, we kunnen vaststellen dat het zeer interessante supergeleidende gedrag voortkomt uit de aard van de titanium-titaniumbinding in dit materiaal.

Nu ze TiO hebben gesynthetiseerd, Lee zei dat er talloze wegen zijn om de relatie tussen de structuur en het elektronische gedrag van andere vergelijkbare klassen van supergeleidende oxidematerialen op te helderen.

"Het onthult veel belangrijke richtingen die de gemeenschap kan nemen, " hij zei.