(Vänster) Kristallstruktur för den blandade kristallina fasen av fasförändringsföreningen GeSb2Te4. (Mellan) Vinkelupplöst fotoemissionsspektrum för kristallint GeSb2Te4 genom att visa det linjärt dispersiva bandet som korsar Fermi-nivån. (Höger) Schematisk bandstruktur för det kristallina GeSb2Te4 baserat på denna studie. Kredit:Akio Kimura, Hiroshima universitet
Forskare har hittat elektroner som beter sig som om de inte har någon massa, kallade Dirac-elektroner, i en förening som används i omskrivbara skivor, som CD- och DVD-skivor. Upptäckten av "masslösa" elektroner i detta fasförändringsmaterial kan leda till snabbare elektroniska enheter.
Det internationella laget publicerade sina resultat den 6 juli i ACS Nano , en tidskrift från American Chemical Society.
Föreningen, GeSb 2 Te 4 , är ett fasförändringsmaterial, vilket betyder att dess atomstruktur skiftar från amorf till kristallin under värme. Varje struktur har individuella egenskaper och är reversibel, vilket gör föreningen till ett idealiskt material att använda i elektroniska enheter där information kan skrivas och skrivas om flera gånger.
"Fasförändringsmaterial har väckt stor uppmärksamhet på grund av den skarpa kontrasten i optiska och elektriska egenskaper mellan deras två faser, " sa pappersförfattaren Akio Kimura, professor vid institutionen för fysikaliska vetenskaper vid Graduate School of Science och Graduate School of Advanced Science and Engineering vid Hiroshima University. "Den elektroniska strukturen i den amorfa fasen har redan behandlats, men den experimentella studien av den elektroniska strukturen i den kristallina fasen hade ännu inte undersökts."
Forskarna fann att den kristallina fasen av GeSb 2 Te 4 har Dirac-elektroner, vilket betyder att det beter sig på samma sätt som grafen, ett ledande material som består av ett enda lager av kolatomer. De fann också att ytan på den kristallina strukturen delar egenskaper med en topologisk isolator, där den inre strukturen förblir statisk medan ytan leder elektrisk aktivitet.
Schematiskt för den amorfa fasen (vänster) och den kristallina fasen (höger) av fasförändringsmaterialen som visar atomomläggningen under fasövergången. Den amorfa fasen uppvisar ett halvledande beteende med en hög elektrisk resistivitet medan den kristallina fasen beter sig metalliskt med en mycket lägre elektrisk resistivitet. Kredit:Akio Kimura, Hiroshima universitet
"Den amorfa fasen visar ett halvledande beteende med en hög elektrisk resistivitet medan den kristallina fasen beter sig som en metallisk med en mycket lägre elektrisk resistivitet, sa Munisa Nurmamat, pappersförfattare och biträdande professor vid institutionen för fysikaliska vetenskaper på Graduate School of Science och Graduate School of Advanced Science and Engineering vid Hiroshima University. "Den kristallina fasen av GeSb 2 Te 4 kan ses som en 3D-analog av grafen."
Grafen anses redan av forskare vara ett höghastighetsledande material, enligt Nurmamat och Kimura, men dess inneboende låga till- och frånströmsförhållande begränsar hur den används i elektroniska enheter. Som en 3D-version av grafen, GeSb 2 Te 4 kombinerar hastighet med flexibilitet för att konstruera nästa generation av elektriska omkopplingsenheter.
