Ein neuer Funken in der Nanotechnologie
Ein neuer, spannender künstlicher Werkstoff sorgt für große Aufruhr, da er eine Revolution bei der Entwicklung von Werkstoffen für Elektronikanwendungen einleitet. Dieses neue Supergitter, das aus Übergangsmetalloxiden besteht, wurde im Rahmen einer Kooperation europäischer Forscher entwickelt. Übergangsmetalloxide sind ein belebendes und relativ neues Forschungsfeld. Sie traten erstmalig 1986 mit der Entdeckung der Hochtemperatur-Supraleiter, für die auch der Nobelpreis vergeben wurde, in den Schlagzeilen auf. Mit dieser Entdeckung können bestimmte Werkstoffe eine Supraleitfähigkeit bei Temperaturen entwickeln, die über dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff (77 K Oder -196 C) liegen. Neben der Supraleitfähigkeit haben Übergangsmetalloxide auch andere Anwendungen, unter anderem für Isolierung und Halbleiter. Aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzfähigkeit können sie auch in zahlreichen Geräten eingesetzt werden. Das neue von der Projektgruppe entwickelte Supergitter besteht aus einer mehrschichtigen Struktur aus alternierenden dünnen Schichten mit zwei verschiedenen Oxiden (PbTiO3 und SrTiO3), deren Stärke sich im atomaren Bereich bewegt. Damit erhält das Gitter Eigenschaften, die sich von denen der beiden Materialien selber radikal unterscheiden. Diese neuen Eigenschaften sind eine direkte Folge der künstlich geschichteten Struktur und werden durch Interaktionen im atomaren Maßstab an den Berührungsstellen zwischen den Schichten bedingt. Eine der leitenden Forscher dieses Projekts, Dr. Matthew Dawber, stand an der Spitze der Bemühungen, diese neuen, revolutionären künstlichen Werkstoffe in seinem Labor zu entwickeln und herzustellen. "Neben den direkten Anwendungen, die mithilfe dieses Nanomaterials geschaffen werden könnten, eröffnet diese Entwicklung ein völlig neues Forschungsfeld und die Möglichkeit neuer funktioneller Werkstoffe auf der Grundlage eines neuen Konzepts: Schnittstellenentwicklung im atomaren Maßstab", kommentierte Dr. Dawber. PbTiO3 und SrTiO3 sind zwei wohlbekannt Oxidmaterialien. Eine theoretische in Lüttich ausgeführte Studie sah voraus, dass, wenn diese beiden Materialen miteinander in einem Supergitter kombiniert werden, eine unübliche und völlig unerwartete Verbindung zwischen diesen beiden instabilen Formen entstehen würde, die zu einer "uneigentlichen" Ferroelektrizität ("improper ferroelectricity") führt. Ferroelektrizität kann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, angefangen bei nicht flüchtigen Computerspeichern bis zu mikro-elektromechanischen Maschinen oder Infrarotdetektoren. Die uneigentliche Ferroelektrizität tritt in natürlichen Materialien nur äußerst selten auf und die Effekte sind viel zu klein, als dass sie nutzbar wären. Eine in Genf durchgeführte Parallelstudie bestätigte den uneigentlichen ferroelektrischen Charakter in dieser Art Supergitter und wies auch dielektrische Eigenschaften nach, die außergewöhnlich nützlich sind. Damit ist die Fähigkeit gemeint, gleichzeitig sowohl eine sehr hohe Temperatur zu besitzen und temperaturunabhängig zu sein. Das sind zwei Merkmale, die sich eher gegenseitig ausschließen, aber hier zum ersten Mal in ein und demselben Material vereint sind. Die beteiligte Forschergruppe vereinte die Anstrengungen zwischen der Theoriegruppe von Professor Philippe Ghosez von der Universität Lüttich, Belgien, und der experimentellen Gruppe von Professor Jean-Marc Triscone an der Universität Genf, Schweiz.
Länder
Belgien