En touch av guld - eller annan ädelmetall - kan förändra strukturen hos en kristall och dess inneboende egenskaper, fysiker vid University of Warwick har demonstrerat i en uppvisning av modern alkemi.

Forskare vid University of Warwick har hittat ett sätt att framkalla elektriska effekter i kristaller som de inte tidigare kunde, som att omvandla rörelse eller värme till elektricitet, helt enkelt genom att lägga till en metallbit på ytan.

Deras metod beskrivs i en ny artikel publicerad idag Natur och visar att effekterna kan vara större än konventionellt studerade skrymmande material vilket gör det idealiskt för användning i teknik som sensorer, energiomvandling och mobil teknik.

Nyckeln till tekniken är att bryta symmetrin i kristallens struktur. En kristall kan tillverkas av ett antal olika atomer, men termen beskriver en ordnad struktur av partiklar som bildar ett symmetriskt mönster.

Professor Marin Alexe, medförfattare från Institutionen för fysik vid University of Warwick, sa:"Inom fysiken, dessa material är ganska tråkiga. Ur funktionssynpunkt, symmetri är inte det bästa du vill ha. Du vill bryta symmetrin på ett sådant sätt att du får nya effekter. "

Kristallen kan fungera som en halvledare, så att en elektrisk ström kan flöda genom den. Genom att lägga till en liten bit metall på kristallytan, forskarna skapade en korsning känd som en Schottky -korsning. Detta inducerar ett elektriskt fält in i halvledaren som exciterar halvledarstrukturen under metallen, bryta dess symmetri och möjliggöra nya effekter som inte tidigare var möjliga.

De effekter som forskare observerade inkluderade en piezoelektrisk effekt, i vilken rörelse omvandlas till elektrisk energi eller vice versa; och en pyroelektrisk effekt, där värme omvandlas till elektrisk energi. Dessa egenskaper är kända som gränssnittseffekter och begränsade till ett mycket grunt område av kristallen, under metallerna.

Dr Mingmin Yang, som utförde arbetet vid University of Warwick och sedan dess har flyttat till RIKEN -institutet i Japan, sade:"Generellt sett egenskaperna för dessa kristaller bestäms av två faktorer:de inneboende egenskaperna hos elementen som kristallen består av, och hur dessa element är arrangerade för att bilda den kristallen, som vi kallar dess symmetri.

"Vår forskning visar att hur dessa element är ordnade inte bara bestäms av deras egen natur, de kan också ställas in av yttre påverkan. När vi väl använder detta inflytande för att ändra deras arrangemang, de kan uppvisa fastigheter som tidigare var förbjudna för dem. "

Forskarna använde ädelmetallerna guld och platina för att skapa sin korsning på grund av deras höga termodynamiska arbetsfunktion, men koppar, silver, guld, iridium eller platina skulle också vara bra alternativ. För kristallerna, Strontiumtitanat, Titandioxid och kisel användes. Inget av dessa material skulle normalt uppvisa en piezoelektrisk eller pyroelektrisk effekt.

När materialen väl har den piezoelektriska eller pyroelektriska effekten, de kan mata ut elektricitet när de upplever kraft (vid piezoelektrisk effekt) eller en temperaturförändring (när det gäller den pyroelektriska effekten). Genom att upptäcka all el som genereras i materialen kunde forskarna bekräfta förekomsten av dessa effekter.

De observerade effekterna ger tekniken stor potential för användning i sensorer, som kräver hög känslighet, eller inom teknik som förlitar sig på energiomvandling. Som en piezoelektrisk effekt, kristallerna kan skörda energi, eller arbeta som ställdon eller givare. Med den pyroelektriska effekten, de kan fungera som en sensor eller i infraröd bildbehandling.

Dessutom, den lilla skala som denna effekt ses på och dess höga effektivitet skulle göra den idealisk för användning i mobil teknik.

I teamets tidigare arbete har de undersökt hur man kan bryta symmetri med mekaniska medel. Detta arbete tittade på möjligheten att bryta symmetri med hjälp av ett elektriskt fält

Professor Alexe tillade:"Material med bruten symmetri är rika på funktioner. För att förbättra dessa funktioner, du brukar behöva justera materialstrukturen. Detta kräver implementering av komplicerad solid-state-kemi följt av detaljerade undersökningar.

"Du har nu en helt annan väg att justera dessa material och förmågan att justera effekten, något som vi inte har kunnat göra tidigare. Det öppnar fältet för många andra möjligheter med dessa material och vi kanske inte vet vart de leder. "