Pea kümme aastat tagasi avastati kahe vooluvõrku rakendatud isolaatori, LaAIO3 ja SrTiO3 kontaktpinnal vool. Koolitarkus aga ütleb, et isolaator voolu ei juhi. Sestap algas teadmistejaht, mis päädis mitme huvitava avastustega ning lootusega, et luuakse uus elektroonika klass.
Pildil on tugevama, vasakult paremale kulgeva vooluga piirkonnad tähistatud erkpunaselt. Heledamate piirkondade vool liigub alt üles. Trajektoorid vastavad SrTiO3 kristallstruktuuri eripäradele.
LaAIO3 ja SrTiO3 siirde uurimise uusim vili pärineb SLAC Ameerika Riikliku Kiirendilaboratooriumi ning Stanfordi Ülikooli teadlastelt, kes kaardistasid mikroskoopilise täpsusega kontaktipindade voolu ning tegid seejuures avastuse: siirde vool pole mitte homogeense läbilõikega, vaid on kohati tugevam, nagu jõgi, mille kulgu kujundab siin-seal leiduv põhjakivi.
Avastus trükiti teadusajakirja Nature Materials 15. septembri numbris. See on oluline samm selgitamaks, miks LaAIO3 ja SrTiO3 kontaktpinna füüsika nii eriline on.
„Osutub, et kontaktpinna voolu kuju sõltub SrTiO3 kihi kristallstruktuuri iseärasustest,“ ütles Stanfordi Materjali- ja Energiateaduste instituudi (SIMES) teadlane ning avastuse teinud töörühma juht Kathryn A. Moler. SrTiO3 jahutamine põhjustab materjali kuubiliselt organiseeritud aatomvõre paisumise. Voolu liikumist näib juhtivat lokaalsete paisumiste ebaühtlus.
„Hulk tööd ootab ees enne, kui saame öelda, mis täpselt veidervoole ning teisi harjumatuid kontaktpinna nähtusi põhjustab,“ ütles Moler. Töörühm loodab plaanitud eksperimendid sooritada SLAC-i sünkrotronkiirguriga, mille eredate röntgenkiirtega saab uurida aine aatomstruktuuri.
„LaAIO3 ja SrTiO3 on hästi uuritud materjaliduo. Seda enam oli veidervoolude avastamine kummaline,“ ütles töörühma kuuluv SLAC-i tudeng Eric M. Spanton. „Olles kord aru saanud, mis materjalide liitepunktis toimub, saame vahest nende juhtivust parandada. See on üks meie töö eesmärkidest.“
„Mida paremini materjali peenstruktuuri mõista, seda võimalikum on seda vastavalt vajadusele kohandada,“ lisas töörühma liige ja SLAC ning Stanfordi professor Harold Hwang, kes 2004. aastal LaAIO3 ja SrTiO3 kontaktvoolu avastas.
Kolm aastat hiljem näitas teine töörühm, et kui materjalide kontaktpinda jahutada, muutub see ülijuhtivaks. Veel teinegi töörühm leidis, et kontaktpind võib paiguti olla ferromagneetiline, olgugi, et kumbki materjal eraldiseisvalt magnetitega ei interakteeru. 2011. aastal tegi Massachusettsi Tehnikainstituudi (Massacusetts Institute of Technology, MIT) ning Moleri ja Hwangi teaduskooslus rabava avastuse: jahutatud LaAIO3 ja SrTiO3 kontaktalas võib korraga olla nii ülijuhtivaid kui ferromagnetilisi piirkondi. Need nähtused ei tohiks teooria järgi koos eksisteerida.
Kaasaja elektroonikaaparaadid kasutavad infovahetuseks mitut sorti lüliteid. Pingemuutustega lülitatakse transistore. Kõvaketta domeenide kirjutamiseks ja kustutamiseks kasutatakse magnetvälja. Elektrilised lülitid hoiustavad informatsiooni välkmäludel. LaAIO3 ja SrTiO3 siire, erialase nimega tehisvalmistatud heterostruktuur (engineered heterostructure), võib lubada kaht või kolme tüüpi lülitite töötamist ühes ja samas infotöötlusühikus.
„On lootus, et saame ühte materjaliühikusse rohkem informatsiooni toppida. See topoloogia tarbiks vähem energiat,“ ütles Moler ja lisas, et esialgu on tegemist spekulatsiooniga.
Voolud kaardistati vaakumkambris, millesse LaAIO3 ja SrTiO3 laminaat asetati. Laminaadi siirdesse suunati elektrivool, mille mõjusid mõõdeti tundliku ülijuhtiva kvantinterferomeetriga SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), mis suudab mõõta magnetvälju tugevusega 5×10-18 T. Magnetvälja tugevus Maa pinnal on 25-65×10-6 T. Mõõtmised näitasid, et voolu tugevus oli siirdes paiguti erinev ning moodustas seejuures triibulise mustri. Pilt tehti polarisatsioonmikroskoobiga.
Allikas: Phys.org
Leave a Reply