L'elettronica governa il nostro mondo, ma gli elettroni governano la nostra elettronica. Un team di ricerca della Ohio State University ha scoperto un modo per semplificare il modo in cui i dispositivi elettronici utilizzano quegli elettroni, utilizzando un materiale che può svolgere un doppio ruolo nell'elettronica, dove storicamente sono stati necessari più materiali.

Il team ha pubblicato i suoi risultati il ​​18 marzo sulla rivista Materiali della natura .

"Abbiamo essenzialmente trovato un materiale dalla doppia personalità, " disse Joseph Heremans, coautore dello studio, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale e Ohio Eminent Scholar in Nanotechnology presso l'Ohio State. "È un concetto che prima non esisteva".

Le loro scoperte potrebbero significare un rinnovamento del modo in cui gli ingegneri creano tutti i diversi tipi di dispositivi elettronici. Questo include tutto, dalle celle solari, ai diodi luminosi del televisore, ai transistor del tuo laptop, e ai sensori di luce nella fotocamera del tuo smartphone.

Questi dispositivi sono gli elementi costitutivi dell'elettricità:ogni elettrone ha una carica negativa e può irradiare o assorbire energia a seconda di come viene manipolato. Buchi—essenzialmente, l'assenza di un elettrone:hanno una carica positiva. I dispositivi elettronici funzionano spostando elettroni e lacune, essenzialmente conducendo elettricità.

Ma storicamente, ogni parte del dispositivo elettronico potrebbe fungere solo da portaelettroni o portabuche, non entrambi. Ciò significava che l'elettronica aveva bisogno di più strati e più materiali per funzionare.

Ma i ricercatori dello Stato dell'Ohio hanno trovato un materiale:NaSn ₂ Come ₂ , un cristallo che può essere sia detentore di elettroni che detentore di fori, eliminando potenzialmente la necessità di più strati.

"È questo dogma nella scienza, che hai elettroni o hai buchi, ma non hai entrambi Ma le nostre scoperte capovolgono questo aspetto, " disse Wolfgang Windl, un professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Ohio State, e co-autore dello studio. "E non è che un elettrone diventa un buco, perché è lo stesso assemblaggio di particelle. Qui, se guardi il materiale in un modo, sembra un elettrone, ma se guardi in un altro modo, sembra un buco."

La scoperta potrebbe semplificare la nostra elettronica, magari creando sistemi più efficienti che operano più rapidamente e si guastano meno spesso.

Pensala come una macchina Rube Goldberg, o il gioco da tavolo Trappola per topi degli anni '60:più pezzi in gioco e più parti in movimento, meno efficientemente l'energia viaggia attraverso il sistema e più è probabile che qualcosa non funzioni.

"Ora, abbiamo questa nuova famiglia di cristalli stratificati in cui i portatori si comportano come elettroni quando viaggiano all'interno di ogni strato, e buchi quando si viaggia attraverso gli strati. ... Puoi immaginare che potrebbero esserci alcuni dispositivi elettronici unici che potresti creare, " disse Joshua Goldberger, professore associato di chimica e biochimica presso l'Ohio State.

I ricercatori hanno chiamato questo fenomeno a doppia capacità "goniopolarità". Credono che il materiale funzioni in questo modo a causa della sua struttura elettronica unica, e dire che è probabile che altri materiali stratificati possano esibire questa proprietà.

"Non li abbiamo ancora trovati, " disse Heremans. "Ma ora sappiamo come cercarli."

I ricercatori hanno fatto la scoperta quasi per caso. Uno studente laureato ricercatore nel laboratorio di Heremans, Bin He, stava misurando le proprietà del cristallo quando notò che il materiale si comportava a volte come un detentore di elettroni e a volte come un detentore di buchi, qualcosa che, a quel punto, la scienza pensava fosse impossibile. Pensò che forse aveva commesso un errore, ha eseguito l'esperimento ancora e ancora, e ho ottenuto lo stesso risultato.

"Era questa cosa a cui prestava attenzione e non dava per scontato nulla, " disse Heremans.