Fogli di elettroni che sono altamente mobili in sole due dimensioni, noto come gas di elettroni 2-D, hanno proprietà uniche che possono essere sfruttate per dispositivi elettronici più veloci e innovativi. I ricercatori hanno esplorato il gas di elettroni 2-D, scoperto solo nel 2004, per vedere come può essere utilizzato nei superconduttori, attuatori e dispositivi elettronici di memoria, tra gli altri.

Ricercatori dell'Università giapponese di Tohoku, con un team internazionale di colleghi, ha recentemente identificato la struttura atomica di un gruppo di materiali correlati alla perovskite che mostrano interessanti proprietà conduttive 2-D. I materiali sono in stronzio, atomi di niobio e ossigeno, con una struttura stratificata derivata dalla perovskite. Questi composti di niobato di stronzio sono promettenti per lo sviluppo di elettronica avanzata grazie alla loro conduttività metallica quasi unidimensionale.

Yuichi Ikuhara dell'Advanced Institute for Materials Research dell'Università di Tohoku con Johannes Georg Bednorz del Zürich Research Laboratory e colleghi hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione a scansione risolta da atomi combinata con calcoli teorici per apprendere come l'aggiunta di atomi di ossigeno ai niobati di stronzio influenzi la loro conduttività. Quattro diversi materiali formati a seconda della concentrazione di atomi di ossigeno.

I ricercatori hanno scoperto che tre dei materiali erano conduttori di elettricità mentre il quarto era un isolante. A scala atomica, hanno scoperto che i materiali erano formati da lastre alternate a forma di catena e a zigzag. A seconda della concentrazione di atomi di ossigeno, le lastre a catena erano due, tre, o quattro strati di spessore, a volte variabile all'interno dello stesso materiale. Le lastre a zigzag erano strati isolanti in tutti i materiali, mentre le lastre a catena conducevano strati in tre dei quattro materiali.

Il team ha determinato che la conduttività elettrica locale all'interno del materiale dipendeva direttamente dalle forme degli ottaedri di niobato negli strati. Quando gli ioni positivi del niobio sono stati spostati verso i centri degli ottaedri niobati, è stata indotta una natura conduttiva locale.

Gli strati conduttori 2-D sono comunemente formati creando un'interfaccia tra due isolanti. Ora dovrebbe essere possibile raggiungere lo stesso obiettivo segmentando i materiali conduttori 3-D in pile di strati conduttori 2-D separati da strati isolanti, dicono i ricercatori nel loro studio pubblicato sulla rivista ACS Nano . Ciò potrebbe portare ad applicazioni nello sviluppo di materiali e dispositivi conduttori di elettricità 2-D.