Pengekangan, tindakan membatasi bahan dalam batas, dapat mengubah sifat bahan dan pergerakan molekul melaluinya.
“Penyelidikan pada skala panjang yang unik ini memungkinkan kami untuk melihat fenomena interferensi konstruktif yang sangat menarik yang menunjukkan interferensi kuantum, dan pada saat yang sama mendapatkan informasi baru tentang bagaimana elektron dan ion berinteraksi” kata peneliti Frank Barrows.
Dalam kasus titania, ini menyebabkan elektron saling berinterferensi dalam pola yang unik, yang meningkatkan konduktivitas oksida, atau tingkat penghantaran listrik. Ini semua terjadi pada skala meso, skala di mana para ilmuwan dapat melihat efek kuantum dan pergerakan elektron dan molekul.
Secara keseluruhan, karya ini memberi para ilmuwan lebih banyak wawasan tentang bagaimana atom, elektron, dan partikel lain berperilaku di tingkat kuantum. Informasi tersebut dapat membantu dalam merancang bahan baru yang dapat memproses informasi dan berguna dalam aplikasi elektronik lainnya.
“Apa yang benar-benar membedakan pekerjaan ini adalah ukuran skala yang kami selidiki,” kata Barrows, “menyelidiki pada skala panjang yang unik ini memungkinkan kami untuk melihat fenomena yang sangat menarik yang mengindikasikan ada interferensi yang terjadi pada tingkat kuantum, dan pada saat yang sama mendapatkan informasi baru tentang bagaimana elektron dan ion berinteraksi.”
“Biasanya, ketika arus listrik diterapkan pada oksida seperti titania, elektron mengalir melalui material dalam bentuk gelombang sederhana. Pada saat yang sama, ion — atau partikel bermuatan — juga bergerak. Proses ini menimbulkan sifat transportasi elektronik material, seperti konduktivitas dan resistensi, yang dimanfaatkan dalam desain elektronik generasi berikutnya.
"Apa yang kami lakukan dalam penelitian kami adalah mencoba memahami bagaimana kami dapat mengubah sifat material dengan membatasi geometri atau bentuk film,” kata peneliti Charudatta Phatak.
Untuk memulai, para peneliti membuat film titania, kemudian membuat pola pada film tersebut. Dalam polanya ada lubang yang hanya 10 untuk 20nanometer terpisah. Menambahkan pola geometris mengubah pergerakan elektron dengan cara yang sama seperti melempar batu ke badan air mengubah gelombang yang beriak melaluinya. Dalam kasus titania, pola tersebut menyebabkan gelombang elektron saling berinterferensi, yang menyebabkan oksida menghantarkan lebih banyak listrik.
"Pola interferensi pada dasarnya menahan oksigen atau ion yang biasanya akan bergerak dalam bahan seperti titania. Dan kami menemukan bahwa menahannya di tempat itu penting atau perlu untuk mendapatkan interferensi konstruktif dari gelombang itu, ”kata Phatak.
Para peneliti menyelidiki konduktivitas dan sifat lainnya menggunakan dua teknik: holografi elektron dan spektroskopi kehilangan energi elektron. Untuk itu, mereka memanfaatkan sumber daya di Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM) Dari DOE Office of Science User Facility, untuk membuat sampel mereka dan melakukan beberapa pengukuran.
"Kami tidak akan dapat melihat pola interferensi yang unik ini jika kami tidak dapat menghasilkan cukup banyak lubang ini dalam suatu pola, yang sangat sulit dilakukan,” kata Barrows.kami"Keahlian dan sumber daya di CNM dan Divisi Ilmu Material Argonne terbukti penting untuk membantu kami mengamati perilaku yang muncul ini.”
Di masa depan, jika peneliti dapat lebih memahami apa yang menyebabkan peningkatan konduktivitas, mereka berpotensi menemukan cara untuk mengontrol sifat listrik atau optik dan memanfaatkan informasi ini untuk pemrosesan informasi kuantum. Wawasan juga dapat digunakan untuk memperluas pemahaman kita tentang materi yang dapat mengubah resistensi. Resistansi mengukur seberapa besar suatu material menahan aliran elektron dalam arus listrik.
"Material pengubah resistansi menarik karena dapat menjadi pembawa informasi — satu status resistansi dapat menjadi 0 dan yang lainnya bisa 1,” kata Phatak.kami"Apa yang telah kami lakukan dapat memberi kami sedikit lebih banyak wawasan tentang bagaimana kami dapat mengontrol properti ini dengan menggunakan kurungan geometris.”
Makalah mereka, berjudul"Efek kurungan skala meso dan interferensi kuantum yang muncul dalam film tipis antidot titania, " diterbitkan di ASCKakak.