Dr. Giordano Mattoni, kwantumonderzoeker aan de TU Delft, en zijn medewerkers hebben aangetoond dat de nano-elektronische faseovergang in een klasse van materialen die bekend staat als nikkelaten kan worden gecontroleerd door laserlicht. Hun bevindingen, die werden gepubliceerd in Physical Review Materials, zijn een belangrijke stap op het gebied van nieuwe materialen voor elektronica.

Nickelaten zijn een klasse van vastestofmaterialen met een reeks unieke eigenschappen, waaronder dat ze een faseovergang kunnen ondergaan van geleidend naar isolerend gedrag. Bij eerder onderzoek is Mattoni en collega's lieten zien hoe de metaal-isolatorovergang (MIT) zich door dergelijke nikkelaten verspreidde. Bij recente experimenten is ze hebben bewezen dat de MIT kan worden bestuurd met laserlicht. "Materialen met herprogrammeerbare fysieke eigenschappen op nanoschaal zijn zeer gewenst, maar ze zijn tot nu toe nauwelijks verkrijgbaar, ' zegt Mattoni.

Tijdens hun experimenten in een internationaal onderzoekslaboratorium in het VK, de wetenschappers richtten ultrasnelle laserpulsen met een duur van 100 femtoseconden op een monster van NdNiO ₃ (neodymiumnikkelaat). "Het verzenden van een zeer snelle, hoogenergetische puls van laserlicht verhoogde de temperatuur van het monster voor een korte tijd van 150 tot 152 Kelvin. Deze kleine temperatuurstijging was voldoende om de eigenschap van het materiaal te veranderen van isolerend naar geleidend. Door het vermogen van de laser te vergroten, we konden bepalen hoe isolerend of metaalachtig het materiaal zou kunnen zijn, en dus de fysieke eigenschappen ervan beheersen."

Die beheersing wordt ook mogelijk gemaakt door een andere eigenschap van het materiaal:hysteresis (van het Grieks voor 'achterblijven'). "Opwarmen of afkoelen, het materiaal volgt niet hetzelfde patroon van overgang. Dat fenomeen kunnen we gebruiken om het materiaal in een bepaalde fase vast te zetten." hysteresis wordt gebruikt om thermostaten in koelkasten of centrale verwarmingssystemen te regelen, bijvoorbeeld. Activering en deactivering wordt gecontroleerd door temperatuur te detecteren, zodat systemen zichzelf niet continu aan en uit zetten.

Hoewel deze studie fundamenteel was, praktische toepassingen komen eraan:materialen waarin geleidbaarheid kan worden in- en uitgeschakeld, kunnen worden gebruikt voor schakelaars en circuits voor nieuwe elektronische apparaten. "Dergelijke materialen kunnen worden gebruikt voor kunstmatige neurale netwerken, " zegt Mattoni. "Tot nu toe, alle ontwikkelingen op het gebied van kunstmatige intelligentie zijn in software gedaan. Als je algoritmen rechtstreeks kunt uitvoeren met een soort hardware, je kunt echt iets creëren dat lijkt op de hersenen."

Ondanks de positieve resultaten, het experiment zelf was niet als zodanig gepland. "We waren eigenlijk bezig met een heel moeilijk experiment dat we moesten opgeven. dat betekende dat we nog wat tijd over hadden bij de synchrotron, en die paar uur die we gebruikten om volledig effect te hebben." Bewijst dat zelfs in de fundamentele wetenschap, je moet hooien terwijl de zon schijnt.