Pengurungan, tindakan menyekat bahan dalam batas, dapat mengubah sifat bahan dan pergerakan molekul melaluinya.
"Menyelidik pada skala panjang yang unik ini membolehkan kita melihat fenomena gangguan konstruktif yang sangat menarik yang menunjukkan adanya gangguan kuantum, dan pada masa yang sama memperoleh maklumat baru mengenai bagaimana elektron dan ion berinteraksi" kata penyelidik Frank Barrows.
Dalam kes titania, elektron saling mengganggu satu sama lain dengan corak unik, yang meningkatkan kekonduksian oksida, atau tahap pengaliran elektrik. Ini semua berlaku di skala skala, skala di mana saintis dapat melihat kesan kuantum dan pergerakan elektron dan molekul.
Secara keseluruhan, karya ini memberikan lebih banyak pandangan kepada saintis mengenai bagaimana atom, elektron dan zarah-zarah lain berkelakuan pada tahap kuantum. Maklumat tersebut dapat membantu merancang bahan baru yang dapat memproses maklumat dan berguna dalam aplikasi elektronik lain.
"Apa yang benar-benar membezakan karya ini adalah ukuran skala yang kami selidiki," kata Barrows, "menyelidiki pada skala panjang unik ini memungkinkan kami melihat fenomena yang sangat menarik yang menunjukkan terdapat gangguan yang berlaku pada tahap kuantum, dan pada masa yang sama dapatkan maklumat baru mengenai bagaimana elektron dan ion berinteraksi. "
"Biasanya, ketika arus elektrik diterapkan pada oksida seperti titania, elektron mengalir melalui bahan dalam bentuk gelombang sederhana. Pada masa yang sama, ion - atau zarah bermuatan - juga bergerak. Proses-proses ini menimbulkan sifat pengangkutan elektronik bahan, seperti kekonduksian dan rintangan, yang dieksploitasi dalam reka bentuk elektronik generasi akan datang.
"Apa yang kami lakukan dalam kajian kami adalah untuk memahami bagaimana kami dapat mengubah sifat material dengan mengekang geometri atau bentuk filem, ”kata penyelidik Charudatta Phatak.
Sebagai permulaan, para penyelidik membuat filem titania, kemudian membuat corak pada mereka. Pada coraknya terdapat lubang yang hanya 10 kepada 20nanometer berjauhan. Menambah corak geometri mengubah pergerakan elektron dengan cara yang sama dengan melemparkan batu ke badan air mengubah gelombang yang melintasinya. Dalam kes titania, corak tersebut menyebabkan gelombang elektron saling mengganggu satu sama lain, yang menyebabkan oksida mengalirkan lebih banyak elektrik.
"Corak gangguan pada dasarnya memegang oksigen atau ion yang biasanya bergerak dalam bahan seperti titania. Dan kami mendapati bahawa memegangnya di tempat itu penting atau perlu untuk mendapatkan gangguan gelombang gelombang yang membina, ”kata Phatak.
Para penyelidik menyiasat kekonduksian dan sifat lain menggunakan dua teknik: holografi elektron dan spektroskopi kehilangan tenaga elektron. Untuk itu, mereka memanfaatkan sumber di Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM), Sebuah JAS Kemudahan Pengguna Pejabat Sains, untuk memalsukan sampel mereka dan membuat beberapa ukuran.
"Kami tidak akan dapat melihat corak gangguan yang unik ini jika kami tidak dapat menghasilkan cukup banyak lubang ini dalam satu corak, yang sangat sukar dilakukan, ”kata Barrows."Kepakaran dan sumber daya di CNM dan Bahagian Sains Bahan Argonne terbukti penting untuk membantu kita memerhatikan tingkah laku yang muncul ini. "
Pada masa akan datang, jika penyelidik dapat memahami dengan lebih baik apa yang menyebabkan peningkatan kekonduksian, mereka berpotensi mencari cara untuk mengawal sifat elektrik atau optik dan memanfaatkan maklumat ini untuk pemprosesan maklumat kuantum. Wawasan juga dapat digunakan untuk memperluas pemahaman kita tentang bahan yang dapat mengubah ketahanan. Rintangan mengukur seberapa banyak bahan menahan aliran elektron dalam arus elektrik.
"Bahan penukaran rintangan menarik kerana ia boleh menjadi pembawa maklumat - satu keadaan rintangan boleh jadi 0 dan yang lain boleh 1, "Kata Phatak."Apa yang telah kami lakukan dapat memberi kami lebih banyak gambaran tentang bagaimana kami dapat mengawal sifat-sifat ini dengan menggunakan kurungan geometri. "
Kertas kerja mereka, bertajuk"Kesan pengasingan skala dan gangguan kuantum yang muncul dalam filem tipis antidot titania, " diterbitkan dalam ASCAbang lelaki.