I nichelati stratificati e gli elementi delle terre rare potrebbero battere il silicio in termini di efficienza energetica

un giorno fa p Luke James Non è un segreto che l'elettronica a base di silicio consuma una grande quantità di energia. E man mano che i dispositivi diventano più potenti e più piccoli, consumano più potenza. Questo è problematico non solo perché l'utilizzo di più energia si traduce in costi operativi più elevati, ma porta anche a maggiori emissioni di CO2.
Naturalmente, è qualcosa che ha scienziati e ingegneri progettisti che cercano una soluzione e un'area che viene attualmente pubblicizzata come potenziale soluzione sono materiali alternativi al silicio. Ora, i ricercatori dell'Università di Ginevra (UNIGE), in collaborazione con l'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Losanna (EPFL), l'Università di Zurigo, l'Università di Liegi e il Flatiron Institute di New York, affermano di aver fatto un nuova scoperta in un materiale costituito da sottili strati di nichelati. I nichelati, che possono passare da uno stato isolante a uno conduttivo quando la temperatura supera una certa soglia, sono formati da un ossido di nichel e un atomo appartenente a uno degli elementi delle terre rare ("un insieme di 17 elementi della tavola periodica"), come come neodimio.
La temperatura alla quale cambia lo stato del nichel dipende interamente dall'elemento delle terre rare in questione. Questo, a sua volta, determina in quali applicazioni possono essere utilizzati i nichelati. Quando l'elemento delle terre rare è il samario, ad esempio, il cambiamento di stato avviene a 130 ° C.
Quando è neodimio, avviene a -73 ° C . Il documento di ricerca pubblicato attribuisce ciò all'aggiunta di elementi di terre rare, che in qualche modo interrompono e deformano la struttura cristallina del materiale. I ricercatori hanno analizzato diversi strati di nichel di samario sopra strati di nichel di neodimio con gli atomi perfettamente disposti per formare quello che il team ha definito un "super sandwich". In questa disposizione di strati sottili (ciascuno non più grande di otto atomi di larghezza ), l'intero campione ha iniziato a funzionare come un unico materiale. Questo fenomeno fisico appena osservato nel materiale potrebbe essere sfruttato per controllare le proprietà elettroniche dei nichelati, come il passaggio da uno stato isolante a uno conduttivo e viceversa, e portare a dispositivi e sistemi elettronici che sono molto più energetici. efficienti rispetto a quelli disponibili oggi. Secondo la ricerca, gli strati di nichel si comportano in modo indipendente quando sono sufficientemente spessi e ognuno mantiene la propria temperatura di transizione.
Ma quando sono più sottili, si comportano come un unico materiale con un grande salto di conduttività che si verifica a una temperatura di transizione intermedia. I ricercatori hanno effettuato un'analisi di un campione al microscopio elettronico e hanno scoperto che la propagazione delle deformazioni della struttura cristallina alle interfacce dei materiali avviene solo in due o tre strati atomici. Pertanto non può essere la distorsione della struttura cristallina a causare il fenomeno fisico.
Gli scienziati hanno anche scoperto che gli strati sottili possono comportarsi in modo meno dispendioso in termini di energia e diventare un materiale totalmente metallico o isolante con una temperatura di transizione comune. Ciò si ottiene senza modificare la struttura cristallina del materiale, qualcosa che lo studio definisce "senza precedenti" nella ricerca. In teoria, lo studio di ricerca congiunto UNIGE potrebbe fornire un nuovo modo per controllare le proprietà delle strutture elettroniche artificiali.
In questo studio, è il salto di conduttività nei nichelati che può essere controllato. Dato che i nichelati sono promettenti per applicazioni preziose come i transistor piezoelettrici, lo studio potrebbe rappresentare un enorme passo avanti per lo sviluppo futuro di dispositivi se possono essere utilizzati come sostituto del silicio ..