Dr Giordano Mattoni, kvantforskare vid TU Delft, och hans medarbetare har visat att den nano-elektroniska fasövergången i en klass av material som kallas nickelater kan styras av laserljus. Deras resultat, som publicerades i Physical Review Materials, är ett viktigt steg inom området för nya material för elektronik.

Nickelater är en klass av fasta material med en uppsättning unika egenskaper, inklusive att de kan genomgå en fasövergång från ledande till isolerande beteende. I tidigare forskning, Mattoni och kollegor visade hur metallisolatorövergången (MIT) fortplantade sig genom sådana nickelater. I de senaste experimenten, de har bevisat att MIT kan styras med laserljus. "Material med omprogrammerbara fysiska egenskaper på nanoskala är mycket önskvärda, men de är knappt tillgängliga än så länge, säger Mattoni.

Under sina experiment vid ett internationellt forskningslaboratorium i Storbritannien, forskarna riktade ultrasnabba laserpulser med en varaktighet på 100 femtosekunder mot ett prov av NdNiO ₃ (neodymnickelat). "Sänder ett mycket snabbt, Högenergipuls av laserljus höjde provets temperatur från 150 till 152 Kelvin under ett kort ögonblick. Denna lilla temperaturökning räckte för att ändra materialets egenskaper från isolerande till ledande. Genom att öka laserns kraft, vi kan kontrollera hur isolerande eller metalliskt materialet kan vara, och därmed kontrollera dess fysiska egenskaper."

Denna kontroll möjliggörs också av en annan egenskap hos materialet:hysteres (från grekiskan för 'släpar efter'). "värma upp eller kyla ner, materialet följer inte samma övergångsmönster. Vi kan använda det fenomenet för att låsa materialet i en viss fas." I vardagen, hysteres används för att styra termostater i kylskåp eller centralvärmesystem, till exempel. Aktivering och avaktivering styrs genom att detektera temperatur, så att systemen inte ständigt slår på och av sig själva.

Även om denna studie var grundläggande, praktiska tillämpningar är i horisonten:material i vilka konduktivitet kan slås på och av kan användas för strömbrytare och kretsar för nya elektroniska enheter. "Sådana material kan användas för artificiella neurala nätverk, " säger Mattoni. "Än så länge, all utveckling inom området artificiell intelligens har gjorts i mjukvara. Om du kan köra algoritmer direkt med någon form av hårdvara, du kan verkligen skapa något som liknar hjärnan."

Trots positiva resultat, själva experimentet hade inte planerats som sådant. "Vi arbetade faktiskt på ett mycket svårt experiment som vi var tvungna att överge. Men, det innebar att vi hade lite tid kvar vid synkrotronen, och de få timmarna använde vi till full effekt." Bevisar att även inom grundläggande vetenskap, man måste göra hö medan solen skiner.