Onderzoekers hebben elektronen gevonden die zich gedragen alsof ze geen massa hebben, Dirac-elektronen genoemd, in een verbinding die wordt gebruikt in herschrijfbare schijven, zoals cd's en dvd's. De ontdekking van 'massaloze' elektronen in dit faseovergangsmateriaal zou kunnen leiden tot snellere elektronische apparaten.

Het internationale team publiceerde hun resultaten op 6 juli in ACS Nano , een tijdschrift van de American Chemical Society.

de verbinding, GeSb ₂ Te ₄ , is een faseovergangsmateriaal, wat betekent dat de atomaire structuur onder hitte verschuift van amorf naar kristallijn. Elke structuur heeft individuele eigenschappen en is omkeerbaar, waardoor de verbinding een ideaal materiaal is om te gebruiken in elektronische apparaten waar informatie meerdere keren kan worden geschreven en herschreven.

"Fase-overgangsmaterialen hebben veel aandacht getrokken vanwege het scherpe contrast in optische en elektrische eigenschappen tussen hun twee fasen, " zei papierauteur Akio Kimura, professor aan de afdeling Exacte Wetenschappen van de Graduate School of Science en de Graduate School of Advanced Science and Engineering aan de Universiteit van Hiroshima. "De elektronische structuur in de amorfe fase is al aangepakt, maar de experimentele studie van de elektronische structuur in de kristallijne fase was nog niet onderzocht."

De onderzoekers ontdekten dat de kristallijne fase van GeSb ₂ Te ₄ heeft Dirac-elektronen, wat betekent dat het zich op dezelfde manier gedraagt ​​als grafeen, een geleidend materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen. Ze ontdekten ook dat het oppervlak van de kristallijne structuur kenmerken deelt met een topologische isolator, waar de interne structuur statisch blijft terwijl het oppervlak elektrische activiteit geleidt.

"De amorfe fase vertoont een halfgeleidend gedrag met een grote elektrische weerstand, terwijl de kristallijne fase zich gedraagt ​​als een metaal met een veel lagere elektrische weerstand, " zei Munisa Nurmamat, paper auteur en assistent-professor bij de afdeling Exacte Wetenschappen van de Graduate School of Science en de Graduate School of Advanced Science and Engineering aan de Universiteit van Hiroshima. "De kristallijne fase van GeSb ₂ Te ₄ kan worden gezien als een 3D-analoog van grafeen."

Grafeen wordt door onderzoekers al beschouwd als een snel geleidend materiaal, volgens Nurmamat en Kimura, maar de inherent lage aan- en uit-stroomverhouding beperkt hoe het wordt toegepast in elektronische apparaten. Als een 3D-versie van grafeen, GeSb ₂ Te ₄ combineert snelheid met flexibiliteit om de volgende generatie elektrische schakelapparatuur te ontwikkelen.