Die elektronischen Bauteile im Nanomaßstab in Geräten wie Smartphones sind solide, statische Objekte, die sich, einmal entworfen und gebaut, nicht mehr in etwas anderes verwandeln lassen. Aber Physiker der University of California, Irvine, haben über die Entdeckung von nanoskaligen Geräten berichtet, die sich in viele verschiedene Formen und Größen verwandeln können, obwohl sie in festen Zuständen existieren.
Diese Erkenntnis könnte die Natur elektronischer Geräte sowie die Art und Weise, wie Wissenschaftler Quantenmaterialien auf atomarer Ebene erforschen, grundlegend verändern. Die Studie ist erschienen in Wissenschaftliche Fortschritte.
„Was wir entdeckt haben, ist, dass man mit einer bestimmten Gruppe von Materialien elektronische Geräte im Nanomaßstab herstellen kann, die nicht zusammenkleben“, sagte Javier Sanchez-Yamagishi, ein Assistenzprofessor für Physik und Astronomie, dessen Labor die neue Forschung durchführte. „Die Teile können sich bewegen, sodass wir die Größe und Form eines Geräts nach seiner Herstellung ändern können.“
Die elektronischen Geräte sind ähnlich wie Kühlschranktürmagnete modifizierbar – haften an, können aber in jedes beliebige Muster umkonfiguriert werden.
„Die Bedeutung dieser Forschung besteht darin, dass sie eine neue Eigenschaft aufzeigt, die in diesen Materialien genutzt werden kann und die es ermöglicht, grundlegend unterschiedliche Arten von Gerätearchitekturen zu realisieren, einschließlich der mechanischen Rekonfiguration von Teilen einer Schaltung“, sagte Ian Sequeira, Ph.D . Student in Sanchez-Yamagishis Labor.
Wenn es nach Science-Fiction klingt, sagte Sanchez-Yamagishi, dann deshalb, weil Wissenschaftler so etwas bisher nicht für möglich gehalten hätten.
Tatsächlich haben Sanchez-Yamagishi und sein Team, zu dem auch UCI Ph.D. Student Andrew Barabas, suchten nicht einmal nach dem, was sie schließlich entdeckten.
„Es war definitiv nicht das, was wir uns ursprünglich vorgenommen hatten“, sagte Sanchez-Yamagishi. „Wir erwarteten, dass alles statisch sein würde, aber was passierte, war, dass wir gerade versuchten, es zu messen, und versehentlich gegen das Gerät stießen, und wir sahen, dass es sich bewegte.“
Was sie insbesondere sahen, war, dass winzige Golddrähte im Nanomaßstab mit sehr geringer Reibung auf speziellen Kristallen, sogenannten Van-der-Waals-Materialien, gleiten konnten.
Sie machten sich diese schlüpfrigen Schnittstellen zunutze und stellten elektronische Geräte her, die aus einatomig dicken Schichten einer Substanz namens Graphen bestanden, die an Golddrähten befestigt waren und sich im Handumdrehen in eine Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen umwandeln ließen.
Aufgrund seiner guten Stromleitfähigkeit ist Gold ein häufiger Bestandteil elektronischer Bauteile. Es ist jedoch unklar, wie sich die Entdeckung genau auf Branchen auswirken könnte, die solche Geräte verwenden.
„In der Anfangsgeschichte geht es eher um die grundlegende Wissenschaft, obwohl es sich um eine Idee handelt, die eines Tages Auswirkungen auf die Industrie haben könnte“, sagte Sanchez-Yamagishi. „Das keimt die Idee davon.“
In der Zwischenzeit erwartet das Team, dass ihre Arbeit eine neue Ära der quantenwissenschaftlichen Forschung einleiten könnte.
„Es könnte die Art und Weise, wie Menschen auf diesem Gebiet forschen, grundlegend verändern“, sagte Sanchez-Yamagishi.
„Forscher träumen von Flexibilität und Kontrolle in ihren Experimenten, aber es gibt viele Einschränkungen beim Umgang mit Materialien im Nanomaßstab“, fügte er hinzu. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass das, was einst als fest und statisch galt, flexibel und dynamisch gemacht werden kann.“
Weitere UCI-Co-Autoren sind Yuhui Yang, ein Senior Undergraduate an der UCI, und der Postdoktorand Aaron Barajas-Aguilar.
Mehr Informationen:
Andrew Z. Barabas et al., Mechanisch rekonfigurierbare Van-der-Waals-Vorrichtungen durch reibungsarmes Goldgleiten, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf9558