(Sinistra) Struttura cristallina per la fase cristallina mista del composto a cambiamento di fase GeSb2Te4. (Al centro) Spettro di fotoemissione risolta in angolo di GeSb2Te4 cristallino mostrando la banda linearmente dispersiva che attraversa il livello di Fermi. (A destra) Struttura schematica a bande del GeSb2Te4 cristallino basata su questo studio Credito:Akio Kimura, Università di Hiroshima
I ricercatori hanno scoperto che gli elettroni si comportano come se non avessero massa, chiamati elettroni di Dirac, in un composto utilizzato nei dischi riscrivibili, come CD e DVD. La scoperta di elettroni "senza massa" in questo materiale a cambiamento di fase potrebbe portare a dispositivi elettronici più veloci.
Il team internazionale ha pubblicato i risultati il 6 luglio in ACS Nano , una rivista dell'American Chemical Society.
Il composto, GeSb 2 Te 4 , è un materiale a cambiamento di fase, il che significa che la sua struttura atomica si sposta da amorfa a cristallina sotto il calore. Ogni struttura ha proprietà individuali ed è reversibile, rendendo il composto un materiale ideale da utilizzare in dispositivi elettronici in cui le informazioni possono essere scritte e riscritte più volte.
"I materiali a cambiamento di fase hanno attirato molta attenzione a causa del forte contrasto nelle proprietà ottiche ed elettriche tra le loro due fasi, " ha detto l'autore della carta Akio Kimura, professore presso il Dipartimento di Scienze Fisiche presso la Graduate School of Science e la Graduate School of Advanced Science and Engineering presso l'Università di Hiroshima. "La struttura elettronica in fase amorfa è già stata affrontata, ma lo studio sperimentale della struttura elettronica in fase cristallina non era ancora stato studiato."
I ricercatori hanno scoperto che la fase cristallina di GeSb 2 Te 4 ha elettroni di Dirac, il che significa che si comporta in modo simile al grafene, un materiale conduttore costituito da un singolo strato di atomi di carbonio. Hanno anche scoperto che la superficie della struttura cristallina condivide caratteristiche con un isolante topologico, dove la struttura interna rimane statica mentre la superficie conduce attività elettrica.
Schema per la fase amorfa (a sinistra) e la fase cristallina (a destra) dei materiali a cambiamento di fase che dimostrano il riarrangiamento atomico durante la transizione di fase. La fase amorfa mostra un comportamento semiconduttore con una grande resistività elettrica mentre la fase cristallina si comporta metallica con una resistività elettrica molto più bassa. Credito:Akio Kimura, Università di Hiroshima
"La fase amorfa mostra un comportamento semiconduttore con una grande resistività elettrica mentre la fase cristallina si comporta come un metallo con una resistività elettrica molto più bassa, " disse Munisa Nurmamat, autore di articoli e assistente professore presso il Dipartimento di Scienze Fisiche presso la Graduate School of Science e la Graduate School of Advanced Science and Engineering presso l'Università di Hiroshima. "La fase cristallina di GeSb 2 Te 4 può essere visto come un analogo 3-D del grafene."
Il grafene è già considerato dai ricercatori un materiale conduttore ad alta velocità, secondo Nurmamat e Kimura, ma il suo rapporto intrinsecamente basso on e off-current limita il modo in cui viene applicato nei dispositivi elettronici. Come versione 3-D del grafene, GeSb 2 Te 4 combina velocità e flessibilità per progettare la prossima generazione di dispositivi di commutazione elettrica.
