Elektronenplaten die in slechts twee dimensies zeer mobiel zijn, bekend als 2-D elektronengas, hebben unieke eigenschappen die kunnen worden gebruikt voor snellere en nieuwe elektronische apparaten. Onderzoekers hebben 2D-elektronengas onderzocht, die pas in 2004 werd ontdekt, om te zien hoe het kan worden gebruikt in supergeleiders, actuatoren en elektronische geheugenapparaten, onder andere.

Onderzoekers van de Japanse Tohoku-universiteit, met een internationaal team van collega's, identificeerde onlangs de atomaire structuur van een groep perovskiet-gerelateerde materialen die interessante 2-D geleidende eigenschappen vertonen. De materialen zijn gemaakt van strontium, niobium- en zuurstofatomen, met een gelaagde structuur afgeleid van perovskiet. Deze strontiumniobaatverbindingen zijn veelbelovend voor de ontwikkeling van geavanceerde elektronica vanwege hun quasi-eendimensionale metalen geleidbaarheid.

Yuichi Ikuhara van Tohoku University's Advanced Institute for Materials Research met Johannes Georg Bednorz van Zürich Research Laboratory en collega's gebruikten atoom-opgeloste scanning transmissie-elektronenmicroscopie in combinatie met theoretische berekeningen om te leren hoe het toevoegen van zuurstofatomen aan strontiumniobaten hun geleidbaarheid beïnvloedt. Vier verschillende materialen gevormd afhankelijk van de concentratie van zuurstofatomen.

De onderzoekers ontdekten dat drie van de materialen geleiders van elektriciteit waren, terwijl de vierde een isolator was. Op atomaire schaal, ze ontdekten dat de materialen waren gevormd uit afwisselende kettingachtige en zigzag-platen. Afhankelijk van de concentratie van zuurstofatomen, de kettingachtige platen waren twee, drie, of vier lagen dik, soms wisselend binnen hetzelfde materiaal. De zigzagplaten waren isolerende lagen in alle materialen, terwijl de kettingachtige platen geleidende lagen waren in drie van de vier materialen.

Het team stelde vast dat de lokale elektrische geleidbaarheid in het materiaal rechtstreeks afhing van de vormen van de niobaatoctaëders in de lagen. Wanneer positieve ionen van niobium werden verplaatst naar de centra van de niobaat octaëders, een lokaal geleidend karakter werd geïnduceerd.

2-D geleidende lagen worden gewoonlijk gevormd door een interface tussen twee isolatoren te creëren. Het zou nu mogelijk moeten zijn om hetzelfde doel te bereiken door 3D-geleidende materialen te segmenteren in stapels van 2D-geleidende lagen, gescheiden door isolerende lagen, zeggen de onderzoekers in hun studie gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano . Dit zou kunnen leiden tot toepassingen bij de ontwikkeling van 2D elektrisch geleidende materialen en apparaten.