W czasopiśmie Physical Review Letters publikacji doczekał się owoc prac zespołu naukowców z University of Rochester i University of Nevada w Las Vegas, który odszukał ciekawie zachowujący się materiał. To nic innego, jak przewodnik oraz izolator w jednym, ale nie jednocześnie, a zamiennie zależnie od ciśnienia.
Izolatory i półprzewodniki w skrócie
Izolatory oraz przewodniki, to dwa zupełnie odmienne światy, które w fizycznym ujęciu znajdują się na przeciwległych końcach przewodnictwa. Sprawa z nimi związana jest prosta – izolatory (np. guma) nie przepuszczają przez siebie prądu (elektronów), a przewodniki (np. miedź) wręcz przeciwnie.
Czytaj też: Powstaje wielki magazyn energii na bazie akumulatorów żelazowo-powietrznych
Wchodząc w szczegóły, ich przewodność jest określeniem tego, jak łatwo elektrony mogą przez niego przechodzić. Określa się to trzema różnymi poziomami pasma wzbronionego, w którego środku znajdują się powszechnie stosowane w elektronice półprzewodniki. To określa się tym, ile energii potrzebują elektrony do swobodnego przemieszczania się przez materiał. Im jest ona niższa, tym lepiej dla przewodności.
Zależnie od ciśnienia MnS2, to przewodnik i izolator w jednym
Chociaż trudno wyobrazić sobie połączenie zupełnie niezwiązanych ze sobą materiałów (pod kątem właściwości przewodnictwa) w jednym, to tego typu materiał właśnie odnaleziono. Naukowcy doszukali się ciekawego mechanizmu w MnS2, czyli związku manganu i siarczku, który w normalnych warunkach jest izolatorem, ale pod ciśnieniem zyskuje właściwości przewodzące. Co najważniejsze, powrót do zwyczajnego ciśnienia sprawiał, że MnS2 ponownie stawał się izolatorem.
Czytaj też: Kosmiczny samolot Chin po locie testowym. To odpowiedź na X-37B USA?
Metale zwykle pozostają metalami; jest wysoce nieprawdopodobne, aby można je było następnie zmienić z powrotem w izolator. Fakt, że ten materiał przechodzi z izolatora w metal i z powrotem do izolatora, jest bardzo rzadki.
– mówi Ranga Dias, autor badania.
Po przyjrzeniu się materiałowi, zespół odkrył, dlaczego manipulacja ciśnieniem wpływa na ten materiał. Zobrazowano to na powyższej ilustracji, gdzie widzimy jony atomowe manganu w postaci fioletowych kółek i przypominające „ósemki” jony tlenku disiarki. W normalnych te elementy nie dotykają się (widać to po lewej stronie), co jest równoznaczne z pełnieniem funkcji izolatora, ale zwiększenie ciśnienia sprawia, że zbliżają się do siebie, co zupełnie odmienia przewodność materiału.
Czytaj też: Czy włókno węglowe można ulepszyć? Można. Wystarczy sól
Ten mechanizm nie wymaga jednocześnie specjalnych warunków, bo te przejścia można zaobserwować w temperaturze pokojowej 27°C i przy ciśnieniu od 3 do 10 gigapaskali.
Teraz pozostaje najważniejsze pytanie – po co to wszystko? Wedle zespołu, MnS2 może znaleźć zastosowanie w nośnikach danych:
Można sobie wyobrazić przełącznik logiczny lub zapisujący dysk twardy, gdzie bardzo, bardzo mała permutacja napięcia lub napięcia może spowodować, że coś przeskoczy z jednego stanu elektronicznego do drugiego. Nowe wersje pamięci flash lub pamięci półprzewodnikowej mogą permutować i przyjąć nowe podejście przy użyciu tego rodzaju materiałów.
– mówi Ashkan Salamat, autor badania.
