El nuevo método podría impulsar el diseño futuro y la entrega de microelectrónica más rápida con más capacidades de almacenamiento, así como plataformas de materiales cuánticos para la electrónica futura.

"Nuestro enfoque utiliza la sustitución de aniones a escala atómica y el reconocimiento de las propiedades clave del MIT para identificar posibles materiales heteroaniónicos del MIT, que hasta ahora no se han considerado ampliamente", dijo James Rondinelli, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales y Morris E Profesor junior fino en materiales y manufactura en la McCormick School of Engineering, quien dirigió el equipo. "Esperamos que al formular estas relaciones electrónicas de estructura-propiedad, se puedan diseñar nuevas transiciones en materiales cuánticos en el futuro".

El 3 de diciembre se publicó en la revista un documento que describe el trabajo, titulado "Diseño de la Luna Heteroaniónica que exhibe una transición de aisladores metálicos de Peierls". Cartas de revisión física. Rondinelli fue el co-corresponsal del artículo junto con Danilo Puggioni, profesor asistente de investigación en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.

Utilizando simulaciones computacionales de mecánica cuántica en el Quest High Performance Computing Cluster de Northwestern, Rondinelli e investigadores diseñaron la estructura cristalina de escala de pico del nuevo material, llamado oxinitruro de molibdeno (MoON), para albergar la transición de fase. Los investigadores encontraron que el MIT ocurrió cerca de 600 grados Celsius, revelando su potencial para aplicaciones en sensores de alta temperatura y electrónica de potencia.

El grupo observó que múltiples parámetros de diseño influyeron en la transición de fase de MoON. La inclusión de múltiples aniones en el material, en este caso, iones de oxígeno y nitrógeno cargados negativamente, activó la transición de fase debido a configuraciones electrónicas específicas relacionadas con la orientación espacial de los orbitales electrónicos, lo que respalda los hallazgos anteriores en otros materiales binarios del MIT. Además, la estructura flexible de cristal de rutilo de MoON prestaba reversibilidad entre los estados de conducción eléctrica y de aislamiento.

Los hallazgos ofrecen una idea de cómo los cambios sutiles en la nanoescala se pueden utilizar para controlar el comportamiento macroscópico, como la conductividad, en los materiales.

"Se ha realizado un trabajo sustancial durante la última década para comprender los materiales del MIT y descubrir nuevos; sin embargo, actualmente se conocen menos de 70 compuestos únicos que exhiben esta transición térmica", dijo Rondinelli. "Incorporamos características clave de los materiales del MIT, incluidas características estructurales particulares de escala de pico, así como la configuración crucial de electrones d1, en nuestro diseño. Nuestro proyecto aprovecha una forma en que nosotros y otros podemos usar conceptos clave de diseño de primer principio para expandir la fase del MIT espacio y buscar efectivamente nuevos materiales del MIT ".

Los científicos esperan que al formular estas relaciones electrónicas de estructura-propiedad, se puedan diseñar nuevas transiciones en materiales cuánticos en el futuro. Estos compuestos son útiles como capa activa para transistores o en aplicaciones de memoria.

"Los materiales del MIT representan una clase de transiciones de fase que pueden permitir avances en el procesamiento y almacenamiento de información más allá de la escala de semiconductores de óxido de metal complementario convencional en microelectrónica", dijo Rondinelli. "Esto se traduce en dispositivos más rápidos con más capacidades de almacenamiento. Además, los materiales MIT podrían habilitar sistemas microelectrónicos de baja potencia, lo que significa que necesitaría cargar su dispositivo con menos frecuencia, ya que dura más porque los componentes requieren menos energía".

El trabajo fue apoyado por el programa MRSEC de la National Science Foundation (NSF) (número de premio DMR-1720319) en el Centro de Investigación de Materiales de la Universidad Northwestern y NSF bajo DMR-1454688. Las contribuciones computacionales fueron apoyadas por la Oficina de Investigación del Ejército a través del número de subvención W911NF-15-1-0017.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Northwestern University. Original escrito por Alex Gerage. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.