Plattor av elektroner som är mycket rörliga i endast två dimensioner, känd som 2-D elektrongas, har unika egenskaper som kan utnyttjas för snabbare och nya elektroniska enheter. Forskare har utforskat 2D elektrongas, som upptäcktes först 2004, för att se hur det kan användas i supraledare, ställdon och elektroniska minnesenheter, bland andra.

Forskare vid Japans Tohoku University, med ett internationellt team av kollegor, identifierade nyligen atomstrukturen för en grupp perovskitrelaterade material som visar intressanta 2D-ledande egenskaper. Materialen är gjorda av strontium, niob och syreatomer, med en skiktad struktur härledd från perovskit. Dessa strontiumniobatföreningar visar lovande för utveckling av avancerad elektronik på grund av deras kvasi-endimensionella metalliska konduktivitet.

Yuichi Ikuhara från Tohoku Universitys avancerade institut för materialforskning tillsammans med Johannes Georg Bednorz från Zürich Research Laboratory och kollegor använde atomupplöst scanningstransmissionselektronmikroskopi kombinerat med teoretiska beräkningar för att lära sig hur tillsats av syreatomer till strontiumniobater påverkar deras ledningsförmåga. Fyra olika material bildas beroende på koncentrationen av syreatomer.

Forskarna fann att tre av materialen var ledare av elektricitet medan det fjärde var en isolator. På atomär skala, de upptäckte att materialen var gjorda av omväxlande kedjeliknande och sicksackplattor. Beroende på koncentrationen av syreatomer, de kedjeliknande plattorna var två, tre, eller fyra lager tjocka, ibland varierar inom samma material. Sicksackplattorna var isolerande lager i alla material, medan de kedjeliknande plattorna var ledande lager i tre av de fyra materialen.

Teamet fastställde att den lokala elektriska ledningsförmågan i materialet direkt berodde på formerna på niobatoktaedrarna i lagren. När positiva joner av niob förflyttades mot mitten av niobatoktaedrarna, en lokal ledande natur framkallades.

2-D ledande skikt bildas vanligtvis genom att skapa ett gränssnitt mellan två isolatorer. Det borde nu vara möjligt att uppnå samma mål genom att segmentera 3D-ledande material i staplar av 2D-ledande lager åtskilda av isolerande lager, säger forskarna i sin studie publicerad i tidskriften ACS Nano . Detta kan leda till tillämpningar i utvecklingen av 2D elektriskt ledande material och enheter.