C'è spesso una simmetria pronunciata quando guardi il reticolo dei cristalli:non importa dove guardi, gli atomi sono disposti uniformemente in ogni direzione. Questo comportamento ci si aspetterebbe anche da un cristallo, quali fisici dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), l'Università di Varsavia e l'Accademia polacca delle scienze hanno prodotto con un composto di un semiconduttore di arseniuro di indio addizionato di ferro. Il materiale, però, non aderisce alla perfetta simmetria. Il ferro formato bidimensionale, strutture lamellari nel cristallo che erano magnetiche. A lungo termine, il risultato potrebbe essere vitale per comprendere i superconduttori.

"Utilizzando le possibilità del nostro Ion Beam Center, abbiamo sparato ioni di ferro veloci a un cristallo fatto di arseniuro di indio, un semiconduttore fatto di indio e arsenico, "dice il dottor Shengqiang Zhou, fisico presso l'HZDR Institute of Ion Beam Physics and Materials Research. "Il ferro è penetrato a circa 100 nanometri di profondità nella superficie del cristallo". Gli ioni di ferro erano in minoranza, costituendo solo una piccola percentuale in superficie. I ricercatori hanno quindi sparato impulsi di luce al cristallo usando un laser. I lampi erano ultra-corti in modo che solo la superficie si sciogliesse. "Per molto meno di un microsecondo, i primi cento nanometri erano una zuppa calda, mentre il cristallo sottostante restava freddo e ben ordinato, "Zhou dice, descrivendo il risultato.

La superficie del cristallo si è raffreddata di nuovo in un batter d'occhio dopo il bombardamento laser. È successo qualcosa di insolito:la superficie era essenzialmente tornata alla struttura reticolare di arseniuro di indio. Il raffreddamento, però, era così rapido che gli atomi di ferro non avevano tempo sufficiente per trovare e occupare uno stato reticolare regolare nel cristallo. Anziché, gli atomi di metallo hanno unito le forze con i loro coetanei per formare strutture notevoli:piccole, lamelle bidimensionali disposte in parallelo.

"È stata una sorpresa che gli atomi di ferro fossero disposti in questo modo, ", afferma Zhou. "Siamo stati così in grado di creare una struttura così lamellare per la prima volta a livello globale." Quando gli esperti hanno esaminato più da vicino il materiale appena creato, hanno determinato che era diventato magnetico a causa dell'influenza del ferro. I ricercatori polacchi e tedeschi sono anche riusciti a descrivere teoricamente il processo ea simularlo al computer. "Gli atomi di ferro si disponevano in una struttura lamellare perché questo era energeticamente lo stato più favorevole che potevano assumere nel breve periodo di tempo, " afferma il prof. Tomasz Dietl del Centro di ricerca internazionale MagTop presso l'Accademia polacca delle scienze, riassumendo il risultato dei calcoli.

Il risultato potrebbe essere rilevante in, Per esempio, comprendere i superconduttori, una classe di materiali in grado di condurre elettricità completamente senza perdite. "Strutture simili a lamelle si possono trovare anche in molti materiali superconduttori, " spiega Zhou. "Il nostro composto potrebbe quindi fungere da sistema modello e aiutare a comprendere meglio il comportamento dei superconduttori". Questo potrebbe forse servire anche a ottimizzare le loro proprietà:affinché i superconduttori funzionino, devono essere attualmente raffreddati a temperature relativamente basse di, Per esempio, meno duecento gradi Celsius. L'obiettivo di molti esperti è aumentare gradualmente queste temperature, finché non trovano un materiale da sogno, che perde la sua resistenza elettrica anche a temperature ambiente normali.