Forscher der Università Cattolica haben am Beispiel von Vanadiumoxid (V₂O₃) gezeigt, dass Mott-Isolatoren aufgrund von topologischen Defekten in ihrer Kristallstruktur von einem isolierenden in einen leitenden Zustand wechseln. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit IMDEA Nanociencia, KU Leuven, SISSA und Diamond Light Source durchgeführt.
Vanadiumoxid V₂O₃ ist ein Material kann seine elektrischen und optischen Eigenschaften unter dem Einfluss der Temperatur oder eines elektrischen Feldes schnell ändern, ein Phänomen, das als Mott-Phasenübergang bekannt ist.
In früheren Experimenten haben die Forschenden aufgedeckt, dass der isolierende Grundzustand dieses Materials von Natur aus inhomogen ist und eine räumliche Nanotextur aus streifenförmigen nanometrischen Domänen bildet, deren Grenzen genau definierten mathematischen Regeln folgen. Wenn diese Regeln an einigen besonderen Schnittpunkten nicht eingehalten werden können, bilden sich nanometrische topologische Defekte. Genau an diesen Punkten findet der Übergang von Isolator zu Metall statt, wenn eine genau definierte Schwellenspannung überschritten wird.
Dank des jetzt nachgewiesenen Mechanismus könnte es beispielsweise möglich sein, verschiedene Arten von innovativen Komponenten zu entwickeln, darunter resistive Speicher (ReRAM), die Daten speichern, indem sie ihren Widerstand ändern und topologische Defekte nutzen, um zwischen isolierenden und leitenden Zuständen zu wechseln. Diese würden nach dem Urteil der Forschenden schneller und energieeffizienter sein als herkömmliche Speicher. Es könnten auch neuromorphe Elemente entwickelt werden, die menschliche Synapsen für den Einsatz in der künstlichen Intelligenz nachahmen, sowie elektrische Schalter mit niedrigem Energieverbrauch, um den Energieverbrauch in verschiedenen Arten von Elektronik zu senken. (jr)