Als je oud genoeg bent, misschien heb je nog een doos met cassettes of VHS-banden liggen. Deze opslagapparaten waren populair in de jaren 70 en 80, maar zijn sindsdien in onbruik geraakt, vervangen door cd's en andere digitale media.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers kijken met een nieuwe blik naar chroomoxiden, magnetische chemische verbindingen die ooit werden gebruikt om de oppervlakken van dergelijke banden te coaten.

In een nieuwe studie, Scott Sayres en Jacob Garcia, onderzoekers van ASU's Biodesign Center for Applied Structural Discovery en ASU's School of Molecular Sciences, gebruik massaspectroscopie en ultrasnelle laserpulsen om chroomoxiden in ongekend detail te ondervragen.

"Het is bekend dat chroomoxiden echt opwindende magnetische en elektronische eigenschappen hebben, ", zegt Sayres. "Het is een zeer uniek materiaal dat op moleculair niveau slecht wordt begrepen." Een van de verrassende bevindingen van de huidige studie is dat het toevoegen van zuurstofatomen aan chroomverbindingen hun metallische eigenschappen verhoogt en deze veranderingen kunnen zeer nauwkeurig worden gecontroleerd .

De resultaten openen de deur naar een nieuw soort elektronica die binnenkort de kleinst mogelijke schaal kan bereiken, waardoor het ontwerp van afstembare, moleculaire componenten die de verwerkings- en opslagcapaciteit in nieuwe apparaten enorm zouden kunnen vergroten.

De bevindingen, die verschijnen in het huidige nummer van de Tijdschrift van de American Chemical Society ( JACS ), het gedrag van clusters van chroomoxide-atomen beschrijven, die kunnen worden afgesteld om hun elektrische geleiding te veranderen, zich afwisselend gedragen als draadachtige geleiders van elektriciteit, halfgeleiders of isolatoren, afhankelijk van het aantal aanwezige zuurstofatomen.

Dergelijke innovaties maken deel uit van een voortdurende verandering in de elektronica die bekend staat als spintronica. Terwijl conventionele elektronische apparaten de stroom van elektrische lading regelen, spintronics maakt bovendien gebruik van spin, een kwantumeigenschap van elektronen, mogelijk een veel grotere opslagcapaciteit en snelheid van gegevensoverdracht mogelijk maken.

Het basisidee vond eind jaren negentig zijn weg naar de eerste consumentenproducten in de vorm van magnetische harde schijven voor computers met honderden keren de opslagcapaciteit van hun voorgangers.

Chroomoxiden zijn bijzonder goed geschikt voor dergelijke toepassingen vanwege hun hoge spinpolariteit, een maat voor het bereik van geleidbaarheidstoestanden die de chroomclusters kunnen aannemen, op basis van het aantal zuurstofatomen (of oxidatietoestand).

Bekend als een half-metaal, chroomoxide is een anorganische verbinding die is samengesteld uit zuurstof- en chroomatomen, die samen een kristalstructuur vormen. De term halfmetaal verwijst naar het feit dat de elektrische eigenschappen ervan kunnen veranderen tussen een hoog geleidend metaalgedrag en een laag geleidend isolatiegedrag, afhankelijk van de elektronenconfiguratie.

In de huidige studie, een femtoseconde laser wordt gebruikt als camera om de beweging van elektronen in aangeslagen toestand te observeren, het vastleggen van dynamische gebeurtenissen die plaatsvinden op een femtoseconde tijdschaal, of een miljoenste van een miljardste van een seconde. Toen zuurstofatomen aan de chroomclusters werden toegevoegd, de subtiele overgangen tussen isolerende en metallisch geleidende eigenschappen werden waargenomen.

"We hebben geprobeerd de kleinst mogelijke bouwstenen van chroomoxide te nemen en ze atoom voor atoom te veranderen, Zegt Sayres. De resultaten laten zien dat de bulkeigenschappen van chroomoxide tot op extreem kleine schaal nog steeds bestaan. Dit betekent dat we nieuwe apparaten kunnen maken van zeer kleine hoeveelheden materiaal en nog steeds deze opwindende elektronische eigenschappen hebben die chroomoxiden zijn bekend om."

Naast een nieuwe generatie bekende elektronische apparaten, Op chroomoxide gebaseerde spintronica kan de weg vrijmaken voor quantum computing.