Künstlich hergestelltes Ferroelektrikum (Grafik: Zhen Wang, Yimei Zhu)

New Brunswick (pte002/12.06.2018/06:05) –

Wissenschaftler der Rutgers University http://rutgers.edu haben ein ferroelektrisches Material entwickelt, das theoretisch
vorhergesagt worden war, praktisch aber als nicht realisierbar galt. Es
handelt sich um einen nahezu 2D-Film, der nur wenige Atomlagen dick ist,
ähnlich dem "Wundermaterial" Graphen. Es besteht aus nebeneinander
angeordneten Molekülen, die Barium, Titan, Strontium, Lantan und
Sauerstoff enthalten. Dazu kommt ein 2D-Elektronengas, eine
Halbleiterstruktur, in der sich Elektronen nur in zwei Dimensionen
bewegen können.

Breites Anwendungsspektrum

Der neue Werkstoff ist bei normaler Umgebungstemperatur
ferroelektrisch. Diese Eigenschaft haben einige Kristalle, die
natürlich vorkommen. Sie verfügen über ein elektrisches Dipolmoment,
dessen Richtung sich in einem äußeren elektrischen Feld umkehrt.
"Ferroelektrika sind eine wichtige Familie von technischen Werkstoffen",
sagt Forschungsleiter Jak Chakhalian.

Diese werden in Mobiltelefonen, Antennen,
Datenspeichern, medizinischen Systemen, speziellen Motoren, extrem
empfindlichen Sensoren und in der Elektroakustik genutzt. "Wir haben
eine neue Klasse von Werkstoffen geschaffen, die ferromagnetische
Eigenschaften haben", freut sich Chakhalian. Während alle bis dato
eingesetzten Ferroelektrika Isolatoren sind, also keinen elektrischen
Strom leiten, ist der neue Werkstoff leitfähig. Das könnte zu komplett
neuen Anwendungen führen.

Seit dem Jahr 1965 unrealisiert

Schon 1965 sagte der Princeton-Professor und spätere
Nobelpreisträger Philip W. Anderson voraus, dass ein Material
herstellbar sei, das ferroelektrische Eigenschaften hat und dazu noch
ein Stromleiter ist. Jahrzehntelang schien es unmöglich zu sein, ein
solches Material zu schaffen. Es ähnelte dem Versuch, Feuer und Wasser
miteinander zu vermischen.

Chakhalian und Yanwei Cao, der an der Rutgers
University studiert hat und heute Professor an der chinesischen Akademie
der Wissenschaften http://english.cas.cn ist, lösten das Problem. Sie fügten zwei ultradünne Filme zusammen,
sodass ein Bauteil mit metallischen Eigenschaften entstand. Ein dritter
Film, den sie darüberlegten, verwandelte das Sandwich in ein
Ferromagnetikum. "Die neue Struktur ist ein großer Gewinn", resümiert
Chakhalian.