ICN2 Oxide Nanoelectronics Group har erhållit konduktivitetsvärden för stronciumiridat 250 gånger högre än under normala förhållanden genom att pressa den med nanometriska nålar. Resultaten, publiceras i Nanoskala , erhölls via ett atomkraftmikroskop (AFM) som visar att materialet kan bli en bra kandidat för framtida tillämpningar inom sensorer och elektronik.
Forskare från Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) har mätt, vid rumstemperatur, de högsta värdena för piezoresistivitet som någonsin upptäckts i ett elektrokeramiskt material, övervinna registren för material som kisel nanotrådar eller grafen. Dessutom, den mättes med en enkel teknik som undviker användningen av komplex utrustning för att kontrollera trycket. Forskningen har utförts av Oxide Nanoelectronics Group, ledd av prof ICREA Gustau Catalan. Dr Neus Domingo är den första undertecknaren av artikeln publicerad i Nanoskala och hennes bidrag har varit avgörande för utvecklingen av forskningen.
Piezoresistivitet uppstår när vissa material ändrar sin elektriska ledningsförmåga när ett deformerande tryck appliceras. Detta beror på det faktum att isolator- och halvledarmaterial har mycket speciella elektriska egenskaper som resulterar i band med olika egenskaper:valensbandet, där elektroner är "parkerade", och ledningsbandet, där den elektriska strömmen flyter. Dessa band är åtskilda av ett energigap; när gapet är tunt, antalet elektroner i ledningsbandet är högre och, följaktligen, den elektriska ledningsförmågan är också högre.
När tryck appliceras på vissa halvledarmaterial, bandgapet som separerar ledningsbandet och valensbandet modifieras. Detta gör att elektroner kan hoppa till ledningsbandet, som följaktligen minskar materialets elektriska motstånd. Med andra ord, när materialet pressas, det finns bättre elledning. Detta faktum leder till ett brett spektrum av möjliga tillämpningar, från trycksensorer till mikroelektroniska transistorer där strömmen styrs av tryck istället för spänning.
En nanoskopisk nål för att studera höga tryck
Vid ICN2-laboratorierna, Prof. Catalan's Group mätte en gigantisk piezoresistivitet i ett keramiskt material, stroncium iridate (Sr 2 IrO 4 ). Åtgärderna gjordes med ett atomkraftmikroskop (AFM), en enhet som använder nanoskopiskt vässade nålar som pressar materialet och kvantifierar dess ledningsförmåga samtidigt. Detta är ett nytt och fantasifullt sätt att använda denna utrustning, eftersom det är första gången som AFM-nålen används för att mäta ett materials piezoresistivitet.
AFM-nålen är så liten att en liten kraft översätts till ett högt tryckvärde. Mindre än 1 mg kraft (ungefär en myras vikt) som appliceras över en nanoskopisk nål omvandlas till ett tryckvärde på över 100 ton (vikten av 20 elefanter) per kvadratcentimeter. Faktiskt, trycket är så högt (till 10GPa) att diamantspetsar måste användas för att förhindra att nålen krossas.
Med denna trycknivå, forskare har erhållit konduktivitetsvärden för Sr 2 IrO 4 250 gånger högre än under normala förhållanden. Anmärkningsvärt, trots applicering av deformationer över 500 gånger, provet fick ingen skada. Dessutom, piezoresistiviteten har mätts vid rumstemperatur. Sammanfattningsvis, denna halvledare kan vara en bra kandidat för framtida tillämpningar inom sensorer, nya typer av transistorer och andra specialiserade elektroniska enheter. Dock, iridium är ett knappt element på vår planet, så forskare letar efter alternativa material.
