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Quanteneigenschaften können mit elektrischem Feld verändert werden © He/Franchini
Quanteneigenschaften können mit elektrischem Feld verändert werden © He/Franchini

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Zwischen Isolator und Leiter - Forscher fanden umschaltbares Material

08.02.2018

Diese Meldung ist Teil einer wöchentlichen Zusammenfassung für den APA-Science-Newsletter Nr. 05/2018 und nicht zwingend tagesaktuell

Ein Material, das durch das Anlegen eines elektrischen Feldes sozusagen seine Identität verändert, indem es einmal Strom leitet und einmal als Isolator fungiert, haben Wissenschafter der Universität Wien in Kooperation mit internationalen Kollegen entdeckt. In Computersimulationen entpuppte sich die Verbindung "Ag2BiO3" als wandlungsfähiger Kandidat für Anwendungen in zukünftigen Computern.

Mit Materialien, die quantenmechanische Eigenschaften besitzen und sich mittels Impulsen von außen steuern lassen, befasst sich eine Forschungsgruppe um Cesare Franchini und Jiangang He von der Quantum Materials Modelling Gruppe an der Uni Wien. Im Fachblatt "Nature Communications" berichteten sie nun zusammen mit Wissenschaftern aus den USA, China und Deutschland über ihren erstmaligen Nachweis eines derartigen Materials, wie es in einer Aussendung der Uni Wien heißt.

Die Gesetze der Quantenmechanik legen fest, ob und wie rasch sich Elektronen durch ein Material durchbewegen können - sprich, wie gut dort Strom fließen kann. Darüber hinaus ist es theoretisch möglich, dass sich in bestimmten Verbindungen die komplexen Wechselwirkungen zwischen den Elektronen durch äußere elektrische Felder so beeinflussen lassen, dass das gleiche Material zwischen zwei elektrischen Orientierungen wechselt. Wissenschafter sprechen in dem Zusammenhang von Ferroelektrizität.

In Computersimulationen möglich

In Computersimulationen mit Österreichs leistungsfähigstem Computer, dem "Vienna Scientific Cluster" (VSC-3), zeigten die Forscher nun, dass das in "Ag2BiO3" möglich ist. "Es ist, als ob man verschiedene Arten von Quantenwechselwirkungen aufwecken würde, die friedlich in demselben Haus schlummern, ohne voneinander zu wissen", so Franchini. Durch das elektrische Feld können dort kleinste Veränderungen in den Atomlagen bewirkt werden, die wiederum festlegen, wie sich das Material verhält.

Man habe "den ersten echten Fall" eines Quantenübergangs von einem sogenannten "ferroelektrischen Isolator" zu einem "nicht-ferroelektrischen Halbmetall" entdeckt, erklärte Franchini, der angesichts der Möglichkeit zur Kontrolle des Übergangs zukünftig vielversprechende Anwendung in der Elektronik sieht.

Service: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-017-02814-4

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