Un gruppo di scienziati europei guidati da ricercatori della TU Delft ha scoperto come le transizioni di fase si propagano attraverso materiali chiamati nichelati. La scoperta migliora la nostra comprensione di questi nuovi materiali, che può essere potenzialmente utilizzato nell'elettronica futura.

Quando si fa bollire l'acqua, probabilmente avrai notato che le bolle iniziano ad apparire intorno ai bordi. Le transizioni di fase si originano sempre dove le condizioni sono più favorevoli, in punti detti centri di nucleazione. Nel caso dell'acqua, i centri di nucleazione sono i bordi del vaso. Come appaiono i centri di nucleazione su scala nanometrica, però, è stato finora sconosciuto.

Giordano Mattoni, un dottorando alla TU Delft, ha guidato una collaborazione di scienziati di cinque diverse istituzioni europee che mirava a ottenere una comprensione fondamentale di come le transizioni di fase si propagano in una nuova classe di materiali allo stato solido chiamati nichelati. Nello specifico tipo di nichelato che Mattoni e i suoi colleghi hanno studiato, la transizione di fase è duale. Quando la temperatura del materiale cambia, con esso cambiano sia le proprietà elettroniche che quelle magnetiche dei materiali.

Il fatto che la transizione di fase sia duale in questo materiale era già ben noto. Ma fino ad ora, non era chiaro come si fosse verificata la transizione e quali fattori avessero influenzato il processo su scala nanometrica. Utilizzando una luce a raggi X sintonizzata con precisione come strumento di ingrandimento per la loro microscopia, Mattoni e i suoi colleghi sono stati in grado di osservare in tempo reale la transizione allo stato solido dallo stato metallico a quello isolante. Hanno scoperto che quando il materiale si è raffreddato, i nano-domini isolanti iniziano gradualmente ad apparire, fino a quando il materiale non è ricoperto da minuscoli, strisce isolanti. "Senza una microscopia ad alta risoluzione, sarebbe stato impossibile vedere questi domini, "dice Mattoni.

Per la loro ricerca, Mattoni e colleghi hanno depositato il film sottile di nichel su un substrato. Il modo in cui il materiale è passato dal metallo all'isolante, si scopre, era legato alla forma della superficie del substrato, che in questo caso sembrava una terrazza di riso. Se la superficie avesse fori quadrati, Per esempio, i domini sarebbero stati la forma dei quadrati. "E poiché possiamo modellare la superficie del substrato, possiamo influenzare la forma dei domini isolanti, "dice Mattoni.

Ulteriori ricerche di Mattoni riguarderanno l'uso di un laser per forzare il materiale a cambiare fase quasi istantaneamente. L'idea è di avere nanostrutture in cui sia il magnetismo che la conduttività possono essere attivati ​​e disattivati ​​quasi istantaneamente. La potenziale elettronica futura potrebbe, ad esempio, utilizzare strutture nichelate come transistor ultraveloci controllati dalla luce. A lungo termine, questa scoperta potrebbe persino portare a un'elettronica che imita le reti neurali nel cervello umano.