1965, en känd fysiker vid Princeton University teoretiserade att ferroelektriska metaller kunde leda elektricitet trots att de inte existerade i naturen.

I årtionden, forskare trodde att det skulle vara omöjligt att bevisa teorin av Philip W. Anderson, som fick 1977 års Nobelpris i fysik. Det var som att försöka blanda eld och vatten, men ett Rutgers-ledda internationellt team av forskare har verifierat teorin och deras resultat publiceras online i Naturkommunikation .

"Det är spännande, " sa Jak Chakhalian, en gruppledare för studien och professor Claud Lovelace Endowed Chair i experimentell fysik vid Rutgers University-New Brunswick. "Vi skapade en ny klass av tvådimensionella konstgjorda material med ferroelektriska egenskaper vid rumstemperatur som inte finns i naturen ännu kan leda elektricitet. Det är en viktig länk mellan en teori och ett experiment."

En hörnsten i tekniken, ferroelektriska material används i elektronik som mobiltelefoner och andra antenner, datorlagring, medicinsk utrustning, motorer med hög precision, ultrakänsliga sensorer och ekolodsutrustning. Inget av deras material leder elektricitet och de Rutgers-ledda fynden skulle potentiellt kunna skapa en ny generation av enheter och applikationer, sade Chakhalian.

"Ferroelektrik är en mycket viktig materialklass tekniskt sett, " sa han. "De rör sig, krympa och expandera när elektricitet appliceras och som gör att du kan flytta saker med utsökt precision. Dessutom, varje modern mobiltelefon har tiotals komponenter med egenskaper som liknar ferroelektriska material."

Som många fysiker, Chakhalian njuter av en utmaning och han kunde inte hitta en fysiklag som säger att ferroelektriska metaller inte kunde skapas. Så hans team, inklusive studiens huvudförfattare Yanwei Cao, en före detta doktorand som nu är professor vid den kinesiska vetenskapsakademin, använde Chakhalians toppmoderna verktyg för att skapa ark av material som bara är några få atomer tjocka. Det är som att göra smörgåsar, sade Chakhalian.

"När ett material blir ferroelektriskt, dess atomer skiftar permanent och vi ville lägga till metalliska egenskaper till en konstgjord kristall som leder elektricitet, " sa han. "Så vi tog två mycket tunna lager för att skapa en tvådimensionell metall vid gränssnittet och la till ett tredje lager med speciella egenskaper för att flytta atomerna i det metalliska lagret, skapa en ferroelektrisk-liknande metall. Den nya strukturen har flera funktioner inbyggda, och det här är en stor win-win."