境界内の材料を制限する行為である閉じ込めは、材料の特性とそれを通る分子の動きを変える可能性があります。
「このユニークな長さスケールで調査することで、量子干渉を示す非常に興味深い建設的な干渉現象を確認すると同時に、電子とイオンがどのように相互作用するかについての新しい情報を得ることができました」と研究者のフランクバロウズは言います。
チタニアの場合、それは電子を独特のパターンで互いに干渉させ、それは酸化物の導電率、またはそれが電気を伝導する程度を増加させました。 これはすべて、科学者が量子効果と電子や分子の動きの両方を見ることができるメソスケールで起こりました。
全体として、この研究は、原子、電子、その他の粒子が量子レベルでどのように振る舞うかについて、科学者により多くの洞察を提供します。 このような情報は、情報を処理でき、他の電子アプリケーションで役立つ新しい材料の設計に役立つ可能性があります。
「この作業を本当に際立たせたのは、調査したスケールのサイズでした」とバロウズ氏は言います。「この独自の長さスケールで調査することで、量子レベルで干渉が発生していることを示す非常に興味深い現象を確認できました。電子とイオンがどのように相互作用するかについての新しい情報を取得します。」
「通常、チタニアのような酸化物に電流を流すと、電子は単純な波形で材料を流れます。 同時に、イオン（または荷電粒子）も動き回ります。 これらのプロセスは、導電性や抵抗などの材料の電子輸送特性を生み出し、次世代の電子機器の設計に活用されます。
「私たちの研究で行ったことは、フィルムの形状や形状を制限することによって、どのように材料特性を変えることができるかを理解しようとすることでした」と研究者のシャルダッタパタクは言います。
まず、研究者はチタニアのフィルムを作成し、それらにパターンを設計しました。 パターンには単なる穴がありました 10 〜へ 20ナノメートル離れています。 幾何学模様を追加すると、水域に岩を投げ込むと波が波打つように変化するのと同じように、電子の動きが変化します。 チタニアの場合、このパターンによって電子波が互いに干渉し、酸化物がより多くの電気を伝導するようになりました。
「干渉パターンは基本的に、通常はチタニアなどの材料内を移動する酸素またはイオンを所定の位置に保持します。 そして、それらを所定の位置に保持することは、それらの波の建設的な干渉を得るために重要または必要であることがわかりました」とファタクは言いました。
研究者らは、電子ホログラフィーと電子エネルギー損失分光法のXNUMXつの手法を使用して、導電率とその他の特性を調査しました。 そのために、彼らはアルゴンヌ国立研究所のリソースを活用しました（CNM） DOE サンプルを作成し、いくつかの測定を行うためのOffice of Science UserFacility。
「非常に難しいパターンでこれらの穴を十分に作り出すことができなければ、この独特の干渉パターンを見ることができなかったでしょう」とバロウズ氏は述べています。。「の専門知識とリソース CNM そして、アルゴンヌの材料科学部門は、私たちがこの緊急の行動を観察するのを助けるために重要であることがわかりました。」
将来、研究者が導電率の増加を引き起こした原因をよりよく理解できれば、電気的または光学的特性を制御し、この情報を量子情報処理に利用する方法を見つける可能性があります。 洞察は、抵抗を切り替えることができる材料の理解を広げるためにも使用できます。 抵抗は、材料が電流中の電子の流れにどれだけ抵抗するかを測定します。
「抵抗スイッチング材料は、情報キャリアになる可能性があるため興味深いものです—XNUMXつの抵抗状態は 0 そして他はすることができます 1」とファタクは言った。。「私たちが行ったことにより、幾何学的な閉じ込めを使用してこれらのプロパティを制御する方法について、もう少し洞察を得ることができます。」
彼らの論文、タイトルは「チタニア解毒剤薄膜におけるメソスケール閉じ込め効果と創発的量子干渉" に掲載されています ASCナノ。