(Phys.org) —Gli scienziati stanno appena iniziando a scoprire e investigare materiali che possono cambiare da isolanti a conduttori a temperatura ambiente sotto una tensione applicata. Ci sono solo pochi esempi noti, ma il loro potenziale di utilizzo nelle nuove tecnologie - futuristico come il "mantello dell'invisibilità" indossato da Harry Potter nella serie di libri con lo stesso nome - è molto eccitante.

Alla NSLS, i ricercatori hanno studiato una nuova aggiunta a questo gruppo d'élite - nanofili fatti di bronzo all'ossido di vanadio - e hanno misurato drastici, passaggi mai visti prima da isolante a conduttore. Il loro lavoro suggerisce anche ciò che accade a livello atomico. Questo è un passo cruciale verso lo sviluppo di possibili applicazioni, che includono un tipo di memoria del computer nota come memristor, ora in sviluppo presso alcune aziende; nuove varietà di rivestimenti elettrocromici, film sottili che cambiano colore in modo reversibile in risposta a una tensione applicata; e transistor.

Qui, ricercatori dell'Università di Buffalo hanno utilizzato diversi metodi a raggi X e microscopia per studiare i nanofili, alcuni per caratterizzare i fili dopo la sintesi e altri per "vedere" cosa è successo quando i fili sono stati pressati in pellet e sottoposti a un campo elettrico. Insieme, le tecniche forniscono un quadro dettagliato delle strutture atomiche ed elettroniche dei fili prima e dopo la transizione.

I fili sono fatti degli elementi vanadio, ossigeno, e piombo (sotto forma di ioni positivi). Il gruppo li ha creati utilizzando un metodo di sintesi che produce campioni di altissima qualità. Questo è un risultato importante in sé e per sé, poiché l'incapacità di creare campioni con strutture quasi prive di difetti è stata in precedenza un ostacolo allo studio di questi materiali, poiché troppe imperfezioni soffocano il fenomeno.

Quando il gruppo ha applicato una tensione ai pellet di nanofili, hanno visto la corrente aumentare molto lentamente e poi aumentare a una certa tensione di soglia. Sebbene questo effetto fosse il più drammatico a basse temperature, era ancora evidente fino a temperatura ambiente.

Le misurazioni a raggi X indicano che il meccanismo alla base della transizione è un allagamento di portatori di carica (elettroni) che si verifica quando la tensione raggiunge la soglia. Questo aumento della densità dei portatori "scioglie" il modello di ordinamento della carica, la disposizione ordinata dei siti all'interno del reticolo atomico in cui si raggruppano gli elettroni.

"Questi nanofili costituiscono una rara aggiunta al roster di materiali che mostrano una pronunciata transizione metallo-isolante elettricamente sintonizzabile a temperatura ambiente, ", ha affermato Sarbajit Banerjee dell'Università di Buffalo, ricercatore capo dello studio. "Indurre elettricamente una densità di portatori soglia può svelare un'ampia varietà di fenomeni di trasporto eclettici in questi materiali, e siamo entusiasti di indagare ulteriormente su questo".

Inoltre, l'analisi del gruppo mostra che ogni nanofilo è quasi perfettamente cristallino e, con un diametro medio di 170 nanometri (nm) e una lunghezza almeno 500 volte maggiore, ha un "rapporto d'aspetto" elevato. Per un nanofilo, questa è una qualità molto desiderabile in quanto consente alla corrente di fluire lungo un percorso estremamente stretto, canale quasi unidimensionale. L'ossido di vanadio assume tre diverse forme molecolari, ciascuna formando catene che si estendono per l'intera lunghezza del filo. Gli ioni di piombo si trovano nei tunnel tra le catene.

La parte della ricerca a raggi X eseguita presso NSLS si è svolta sulle linee di luce U7A e X23A2. Lo studio completo è stato pubblicato online il 17 agosto 2012, in Materiali funzionali avanzati .