Globus d'heli com a control de materials complexos

Investigadors del Laboratori Nacional Oak Ridge, gestionat pel Departament d'Energia dels EUA han desenvolupat un nou mètode per manipular una àmplia gamma de materials i també el seu comportament utilitzant només un grapat d'ions d'heli.

La tècnica que l'equip ha publicat al Physical Review Letters, sobre els avenços de la comprensió i l'ús de materials d'òxids complexos, compten amb propietats inusuals com ara la superconductivitat i la magnetoresistència, però són molt difícils de controlar.
Per primera vegada, els investigadors han descobert una forma senzilla per controlar l'elongació d'un material cristal·lí al llarg d'una sola direcció sense canviar la longitud al llarg de les altres direccions o danyar l'estructura cristal·lina. Això s'aconsegueix mitjançant l'addició d'un parell de ions d'heli en un material d'òxid complex i proporciona un possible nivell de control sobre propietats electròniques i magnètiques.

Si es posa una mica d'heli en el material es pot controlar la tensió al llarg d'un sol eix. Aquest tipus de control no era possible abans, ja que permet a les propietats del material sintonitzar amb una delicadesa que no havia estat prèviament possible.
La forma en el qual els electrons estan dins òxids complexos significa que qualsevol intent d'estirament, tracció o empenta de l'estructura provoca canvis en moltes propietats electròniques diferents. Aquest efecte dòmino complica la capacitat dels científics per estudiar o fer ús dels materials.

Els investigadors van demostrar la tècnica en un material d'òxid comú conegut com LSMO però anticipen que la tècnica, serà àmpliament aplicable tant a materials per funcionalitats que impulsin a la investigació en ciències com en estudis fonamentals de la física.
Els òxids complexos són on s'espera un impacte immediat, però aquesta tècnica ha de ser una nova eina important a utilitzar en qualsevol material, on la simetria cristal·lina afecta la funcionalitat.
El treball de l'equip és un pas cap al que els materials complexos en aplicacions comercials, es beneficiarien en gran mesura, de la capacitat de sintonitzar les propietats del material amb el processament similars a les actuals tecnologies de semiconductors.
Aquesta tècnica de dopatge, demostra un camí per assolir aquesta necessitat, ja que es pot implementar utilitzant infraestructures d'implantació de ions en la indústria de semiconductors.
El mètode utilitza una pistola d'ions de baixa energia per afegir petites quantitats d'ions d'heli en el material després que ha estat produït. El procés també és reversible. L'heli es pot eliminar mitjançant l'escalfament del material a altes temperatures en buit. Aquests mètodes de sintonització, prèviament desenvolupats, modifiquen totes les adreces en un material i no poden ser alterats o revertits després.
Es pot controlar fàcilment la quantitat de tensió i la profunditat del cep que hi ha a l'interior del material ja que controlar el nombre d'àtoms d'heli inserits en una pel·lícula epitaxial, selecciona un estat de deformació en una direcció, mentre que les altres dues direccions es mantenen en el seu lloc.

La tècnica experimental de l'equip, també es beneficiarà de la investigació teòrica que busca modelar materials complexos per predir i comprendre el seu comportament.
La complexitat d'aquests materials requereix d'una gran equació per explicar els seus comportaments, de manera que, els mètodes d'ajust normals requereixen de canviar moltes variables en l'equació. Això vol dir que no se sap molt bé quina variable està donant una reacció específica.



Font: PHYS:ORG