محققان دانشگاه مینهسوتا (Twin Cities) روش جدیدی برای تغییر رفتار الکترونیکی یک فلز یافتهاند؛ این کار از طریق کنترل تعاملات در سطح اتمی در مرزِ تلاقی دو ماده (اینترفیس) انجام میشود. این مطالعه که در مجله Nature Communications منتشر شده است، نشان میدهد که قطبش سطحی (Interfacial Polarization) میتواند «تابع کار» (Work Function) سطحِ اکسید روتنیم فلزی ($RuO_2$) را تا بیش از ۱ الکترونولت (eV) تغییر دهد؛ آن هم صرفاً با تغییر ضخامت لایه در مقیاس نانومتر.
بهارات جالان، استاد و دارنده کرسی شل در دانشکده مهندسی شیمی و علم مواد دانشگاه مینهسوتا، در این باره گفت:
«ما اغلب قطبش را چیزی متعلق به عایقها یا فروالکتریکها میدانیم، نه فلزات. کار ما نشان میدهد که با طراحی دقیق رابط (اینترفیس)، میتوان قطبش را در یک سیستم فلزی تثبیت کرد و از آن به عنوان یک “دکمه تنظیمی” برای تنظیم ویژگیهای الکترونیکی استفاده نمود. این کشف، راه کاملاً جدیدی را برای تفکر درباره کنترل فلزات باز میکند.»
تغییر رسانایی از طریق چیدمان اتمی
این اثر زمانی به قویترین حالت خود میرسد که ضخامت لایه فلزی حدود ۴ نانومتر باشد؛ یعنی تقریباً به اندازه پهنای یک رشته دیانای (DNA). در این مقیاس، فلز از یک آرایش «کشیده شده» (Stretched) که توسط لایه زیرین به آن تحمیل شده، به یک ساختار «آزادتر» (Relaxed) تغییر حالت میدهد. این تغییر نشان میدهد که نحوه چیدمان فیزیکی اتمها میتواند به طور مستقیم و قابل اندازهگیری بر نحوه هدایت و واکنش فلز به الکتریسیته تأثیر بگذارد.
سونگ گیو جئونگ، نویسنده اول این مطالعه و محقق گروه جالان، میگوید:
این موضوع غافلگیرکننده بود. ما انتظار اثرات جزئی در رابط را داشتیم، اما نه چنین تغییر بزرگ و قابل کنترلی در تابع کار. توانایی مشاهده جابهجاییهای قطبی در مقیاس اتمی و پیوند دادن مستقیم آنها به اندازهگیریهای الکترونیکی، بسیار هیجانانگیز بود.»
این کشف فراتر از فیزیک پایه است و میتواند به هدایت توسعه دستگاههای الکترونیکی، کاتالیزوری و کوانتومی در آینده کمک کند.
منبع: Scitechdaily
