Elektronik styr vår värld, men elektroner styr vår elektronik. Ett forskargrupp vid Ohio State University har upptäckt ett sätt att förenkla hur elektroniska enheter använder dessa elektroner - med hjälp av ett material som kan tjäna dubbla roller inom elektronik, där historiskt flera material har varit nödvändiga.

Teamet publicerade sina resultat den 18 mars i tidningen Naturmaterial .

"Vi har i huvudsak hittat ett material med två personligheter, "sade Joseph Heremans, medförfattare till studien, professor i mekanisk och rymdteknik och Ohio Eminent Scholar i nanoteknik vid Ohio State. "Det är ett begrepp som inte fanns tidigare."

Deras resultat kan innebära en uppgradering av hur ingenjörer skapar alla olika typer av elektroniska enheter. Detta inkluderar allt från solceller, till de ljusemitterande dioderna i din tv, till transistorerna i din bärbara dator, och till ljussensorerna i din smartphone -kamera.

Dessa enheter är byggstenarna för elektricitet:Varje elektron har en negativ laddning och kan utstråla eller absorbera energi beroende på hur den manipuleras. Hål - i huvudsak frånvaron av en elektron - ha en positiv laddning. Elektroniska enheter fungerar genom att flytta elektroner och hål - i huvudsak ledande elektricitet.

Men historiskt sett varje del av den elektroniska enheten kan bara fungera som elektronhållare eller hålhållare, inte båda. Det innebar att elektronik behövde flera lager - och flera material - för att prestera.

Men Ohio State -forskarna hittade ett material - NaSn ₂ Som ₂ , en kristall som kan vara både elektronhållare och hålhållare-vilket eventuellt eliminerar behovet av flera lager.

"Det är denna dogm inom vetenskapen, att du har elektroner eller att du har hål, men du har inte båda. Men våra fynd vänder det upp och ner, "sa Wolfgang Windl, professor i materialvetenskap och teknik vid Ohio State, och medförfattare till studien. "Och det är inte så att en elektron blir ett hål, eftersom det är samma sammansättning av partiklar. Här, om du ser på materialet på ett sätt, det ser ut som en elektron, men om du ser på ett annat sätt, det ser ut som ett hål. "

Fyndet kan förenkla vår elektronik, kanske skapa mer effektiva system som fungerar snabbare och går sönder mindre ofta.

Tänk på det som en Rube Goldberg -maskin, eller 1960 -talets brädspel Mouse Trap:desto fler spelbitar och de mer rörliga delarna, ju mindre effektivt energi färdas genom systemet - och desto mer sannolikt är det att något misslyckas.

"Nu, vi har denna nya familj av skiktade kristaller där bärarna beter sig som elektroner när de reser inom varje lager, och hål när du reser genom lagren. ... Du kan tänka dig att det kan finnas några unika elektroniska enheter du kan skapa, "sa Joshua Goldberger, docent i kemi och biokemi vid Ohio State.

Forskarna kallade detta fenomen med dubbla förmågor för "goniopolaritet". De tror att materialet fungerar på detta sätt på grund av dess unika elektroniska struktur, och säg att det är troligt att andra skiktade material kan uppvisa denna egenskap.

"Vi har bara inte hittat dem ännu, "Sade Heremans." Men nu vet vi att leta efter dem. "

Forskarna gjorde upptäckten nästan av en slump. En forskarstuderande forskare i Heremans lab, Bin He, mätte kristallens egenskaper när han märkte att materialet uppträdde ibland som en elektronhållare och ibland som en hålhållare-något som, vid det tillfället, vetenskapstanken var omöjlig. Han trodde att han kanske hade gjort ett fel, körde experimentet om och om igen, och fick samma resultat.

"Det var den här saken som han uppmärksammade och han antog ingenting, Sa Heremans.