Interessante MIT-Analyse

Welche Rolle spielen denn Defekte in Metalloxiden?

Manchmal sind Dinge technisch gesehen defekt, wie zum Beispiel Unreinheiten in dem Kristallgitter eines Materials. Aber sie verursachen auch Veränderungen der Eigenschaften und öffnen damit ein Tor zu neuen Applikationen.

Bild: Felice Frankel
Dargestellt wird das Atomgitter eines Bariumoxidkristalls. Rote Kugeln repräsentieren Sauerstoffatome... mehr...

Die neueste Forschung von einem MIT-Team zeigt, dass derartige Fehler in Materialien, die als Isolier-Metalloxide bekannt sind, der Schlüssel zu deren Performance in zahlreichen Hightech-Applikationen sind, wie zum Beispiel in nichtflüchtigen Speicherchips und Energieumsetzungstechnologien.

Der entsprechende Forschungsbericht von MIT-Assistenzprofessorin Bilge Yildiz, Professor Krystyn Van Vliet und dem früheren Doktoranden Mostafa Youssef wurde kürzlich in "Physical Review Letters" veröffentlicht.

Die Metalloxid-Materialien werden von zahlreichen Forschern untersucht, so Yildiz, "und deren Eigenschaften werden besonders durch die Zahl und Art der vorhandenen Defekte gesteuert."

Setzt man diese Materialien starken Kräften aus, wie zum Beispiel elektrischen Feldern, "ist das Verhalten derartiger Defekte noch nicht einwandfrei erkannt", sagte sie.

Forscher wissen aber theoretisch schon sehr genau, wie sich perfekt strukturierte Versionen dieser Isolier-Metalloxide unter verschiedenen Bedingungen, wie starken elektrischen Feldern, verhalten. Aber es gibt laut Yildiz keine entsprechende Theorie, wenn die Materialien übliche Defekte aufweisen.

Es ist aber wichtig, diese Effekte quantitativ zu verstehen, um aussichtsreiche Materialfamilien für potenzielle Applikationen zu entwickeln, wie zum Beispiel Speicher- und Prozessorchips mit geringem Energiebedarf. Man denkt dabei auch an elektrische Kühlungen und Brennstoffzellen.

Die Forscher untersuchten einen üblichen Defekt, genannt neutrale Sauerstofffehlstelle - ein Platz, an dem ein Sauerstoffatom im Kristallgitter erscheinen sollte, wo aber stattdessen zwei Elektronen festgehalten werden.

Deren Ergebnisse quantifizierten das Polarisationsverhalten des Materials mit diesem Defekt in einem elektrischen Feld.

Die Forscher entwickelten daraufhin ein neues theoretisches Rahmenwerk, mit dem sich die Effekte vom elektrischen Feld von den Effekten der elektrisch potenziellen Effekte isolieren lassen. Beide Effekte lassen sich unabhängig voneinander quantifizieren.

Diese Ergebnisse könnten die Entwicklung von einigen wichtigen und potenziell aussichtsreichen Applikationen erleichtern, so Yildiz. Sie denkt hier in erster Linie an ohmsche Schaltspeicher, die hohe Schaltgeschwindigkeiten und einen geringen Energieverbrauch aufweisen. Diese Speicherchips benötigen Materialdefekte.

- von wr
 
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