Titanmonoxid (TiO), en oorganisk kemisk förening, är ett material som har undvikit noggranna studier av fysiker på grund av brist på enkristallprover med hög renhet. Ett team av forskare, fastän, har nu kunnat syntetisera och undersöka TiO av hög kvalitet och finner att detta material har några överraskande egenskaper.

Forskargruppen, som inkluderar forskare från Yale, University of British Columbia, University of Chinese Academy of Sciences, och Brookhaven National Laboratory, finner att TiO fungerar som en superledare - ett material som kan transportera elektroner utan motstånd - vid en temperatur nära minus 273 grader Celsius. Superledningsförmåga skiljer det från andra material i monoxidfamiljen. Resultaten publiceras i Vetenskapliga framsteg .

"Det faktum att det är en superledare är förvånande, eftersom supraledning är sällsynt i oxider med bara ett syre per metallatom, "sa medförfattaren Sangjae Lee, en doktorand i laboratoriet av Charles Ahn, John C. Malone professor i tillämpad fysik och avdelningsordförande. "Vi finner att det är mycket nära det superledande beteendet hos själva titanmetallen."

TiO består av ett enda syre som binder mellan titanatomerna. Konventionellt tänkande förutspår att bindningen mellan titan och syre är ansvarig för mycket av materialets intressanta fysik, men en närmare titt avslöjar att själva titan är en viktig drivkraft för de elektroniska egenskaperna.

En anledning till att TiO inte har studerats mer är att det är så svårt att få prover av hög kvalitet. Med hjälp av en materialtillväxtmetod som kallas molekylär stråleepitaxi, dock, forskargruppen kan syntetisera ett prov med hög renhet av materialet som ska studeras.

"Jämfört med andra tillväxtmetoder, molekylstråle -epitaxy är tillräckligt flexibel för att stabilisera faser som inte kan syntetiseras på något annat sätt, "Sa Lee.

När de väl hade ett prov med hög renhet, de använde ett antal experimentella och teoretiska tekniker för att studera det och skaffa information om dess elektroniska beteende och struktur.

"Genom att kombinera alla experimentella data med teori, vi kan fastställa att det mycket intressanta supraledande beteendet kommer från karaktären av titan-titanbindning i detta material.

Nu när de har syntetiserat TiO, Lee sa att det finns många vägar för att belysa förhållandet mellan strukturen och det elektroniska beteendet hos andra liknande klasser av superledande oxidmaterial.

"Det avslöjar många viktiga riktningar som samhället kan ta, " han sa.