(PhysOrg.com) -- Het vooruitzicht van elektronica op nanoschaal kan zelfs nog veelbelovender zijn met de eerste waarneming van metaalgeleiding in ferro-elektrische nanodomeinen door onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory.

Ferro-elektrische materialen, die hun polarisatie veranderen door het aanleggen van een elektrisch veld, worden al lang gebruikt in apparaten zoals ultrasone machines en sensoren. Nutsvoorzieningen, ontdekkingen over de elektronische eigenschappen van ferro-elektriciteit openen mogelijkheden voor toepassingen in elektronica op nanoschaal en informatieopslag.

In een paper gepubliceerd in de American Chemical Society's Nano-letters , het door ORNL geleide team demonstreerde metallische geleidbaarheid in een ferro-elektrische film die anders als een isolator fungeert. Dit fenomeen van een isolator-metaalovergang werd meer dan 40 jaar geleden voorspeld door theoretici, maar heeft tot nu toe experimenteel bewijs ontgaan.

"Deze bevinding identificeert ondubbelzinnig een nieuw geleidingskanaal dat door de isolerende matrix van het ferro-elektrische, wat potentieel opwindende mogelijkheden opent om circuits met nanoschaaldimensies te 'schrijven' en 'wissen', " zei hoofdauteur Peter Maksymovych van ORNL's Center for Nanophase Materials Sciences.

Vanuit een toegepast perspectief, het vermogen om alleen een elektrisch veld als een knop te gebruiken die zowel de grootte van de metallische geleidbaarheid in een ferro-elektrische als het type ladingsdragers afstemt, is bijzonder intrigerend. Om dit laatste in een halfgeleider te doen, zou een verandering van de materiaalsamenstelling nodig zijn.

"We kunnen niet alleen metallische geleidbaarheid inschakelen, maar als je de bias-wijzerplaten blijft veranderen, je kunt het gedrag heel precies sturen, "Zei Maksymovych. "En hoe kleiner het nanodomein, hoe beter het geleidt. Dit alles gebeurt in exact dezelfde positie van het materiaal, en we kunnen in een oogwenk of sneller van een isolator naar een beter metaal of een slechter metaal gaan. Dit is potentieel aantrekkelijk voor toepassingen, en het leidt ook tot interessante fundamentele vragen over het exacte mechanisme van metallische geleidbaarheid."

Hoewel de onderzoekers hun studie concentreerden op een bekende ferro-elektrische film genaamd lood-zirkonaattitanaat, ze verwachten dat hun waarnemingen zullen gelden voor een breder scala aan ferro-elektrische materialen.

"We verwachten ook dat het uitbreiden van onze studies naar multiferroics, gemengde fase en anti-ferro-elektriciteit zullen een hele familie van voorheen onbekende elektronische eigenschappen onthullen, een nieuwe weg inslaan in zowel de basisprincipes als de toepassingen, " zei co-auteur en senior wetenschapper bij ORNL Sergei Kalinin.