Ett sätt att ändra egenskaperna hos ett material är att sträcka det bara lite, så dess atomer är längre ifrån varandra men bindningarna mellan dem bryts inte. Detta extra avstånd påverkar elektronernas beteende, som avgör om materialet är en isolator eller en ledare av elektricitet, till exempel.

Men för en viktig klass av komplexa oxidmaterial, stretching fungerar inte så bra; de är lika sköra som keramiska kaffekoppar och skulle gå sönder.

Forskare vid Department of Energys SLAC National Accelerator Laboratory och Stanford University har nu hittat ett sätt att kringgå detta problem för en komplex oxid som kallas LCMO. De skapade en supertunn, flexibelt membran från det normalt spröda materialet, använde mikromanipulatorer för att sträcka ut den på en liten apparat och limmade den på plats för att bevara sträckningen.

Genom att applicera försiktig värme för att smälta limet, de kunde släppa och sträcka ut samma genomskinliga membran om och om igen och se det vända från att vara en isolator till en ledare och tillbaka igen. Stretching förändrade också dess magnetiska egenskaper.

"Vi kan verkligen sträcka ut och anstränga dessa saker dramatiskt, med upp till 8 %, sade Harold Hwang, en professor vid SLAC och Stanford och en utredare vid Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES). "Detta öppnar en helt ny värld av möjligheter som kommer att ha en inverkan bortom just denna studie."

Forskargruppen rapporterade sina resultat i Vetenskap i dag.

Nya sätt att flyta fritt och stretcha

LCMO, eller lantankalciummanganoxid, är vad som kallas ett kvantmaterial eftersom dess elektroner beter sig på okonventionella och ofta överraskande sätt. Forskare vill kunna kontrollera och finjustera detta beteende för en ny generation av elektronik med tillämpningar inom kraftöverföring, transport, datoranvändning, sensorer och detektorer.

Tunna filmer av kvantmaterial odlas vanligtvis på ytan av ett annat material. Fyra år sedan, Hwangs grupp rapporterade ett enkelt sätt att ta bort dessa känsliga lager så att de kunde studeras på nya sätt.

En av forskarna som arbetade med den studien, Seung Sae Hong, ledde även denna. Han använde den nya metoden för att skapa och frigöra små bitar av LCMO som var tunnare än någonsin tidigare – mindre än 20 nanometer tjocka. De var nästan genomskinliga och förvånansvärt flexibla.

Sträcker sig direkt en så liten, ömtåligt skrot skulle vara svårt, men Hong kom runt det problemet genom att lägga det på en tunn polymerfilm – ungefär som en plastpåse från en livsmedelsbutik – där den fastnade av egen vilja.

Sedan klämde han fast polymerfilmen på var och en av dess fyra sidor och använde en mikromanipulator för att dra och sträcka den - ibland i en riktning, ibland åt båda håll samtidigt. När LCMO väl sträcktes, dess polymerbaksida kunde limmas på en annan yta och föras till ett annat instrument för undersökning med röntgenstrålar.

Vändande elektroniska tillstånd

"Experimenten var ganska tråkiga och svåra, sa Hong, som nu är biträdande professor vid University of California, Davis. "Vi skulle titta på filmen, värm det för att mjuka upp limmet och slappna av i stretchen, manipulera det på något annat sätt, frys den på plats och titta på den igen."

Forskarna kunde direkt mäta avståndet mellan atomerna och bekräfta att det ökade med sträckning. De mätte också det elektriska motståndet hos LMCO och upptäckte att sträckning vände den från ett metalliskt tillstånd som lätt leder elektricitet till ett isolerande tillstånd, vilket inte gör det. Att applicera ett starkt magnetfält förändrade materialets magnetiska tillstånd och vände det även tillbaka till en metall.

"Som ett vetenskapligt verktyg är det här riktigt spännande, " sa Hong. "Det öppnar möjligheter för att mekaniskt manipulera breda materialklasser på sätt som vi inte kunde göra tidigare. Och det ger oss idéer om hur vi kan designa flexibla material för elektroniska enheter, inklusive sensorer och detektorer som mäter mycket små förändringar."