(Nanowerk Nieuws) Een samenwerking onder leiding van DESY-wetenschappers heeft een verrassend gedrag gevonden van het kwantummateriaal vanadiumdioxide (VO2) bij de zeer heldere röntgenbron PETRA III. Vanadiumdioxide verandert van een isolator in een geleidend metaal bij een veel voorkomende temperatuur van ongeveer 70 ° C en is daarom zeer in de focus van onderzoekers als een mogelijk functioneel materiaal. Samen met collega's van de Kiel University, het Helmholtz-Zentrum Berlin en van het Paul-Scherrer Institute in Zwitserland, gebruikten de wetenschappers een röntgenspectromicroscoop om dunnefilmstructuren van vanadiumdioxide in detail te bestuderen. De studie (Wetenschappelijke rapporten, "Microstructuureffecten op het faseovergangsgedrag van een prototypisch kwantummateriaal") onthulde dat de overgangstemperatuur wanneer het materiaal geleidend wordt, niet precies hetzelfde is over microvierkanten met een grootte van 30 bij 30 micron: de randen gaan door de overgang bij temperaturen die 1.2 °C lager zijn in vergelijking met de centra. De monsters met de kleine vanadiumdioxide-vierkantjes zijn op deze houder gemonteerd. (Afbeelding: DESY, Jan Schunck) Sinds de overgangstemperatuur Tt van VO2 vergelijkbaar met kamertemperatuur is, in vergelijking met de isolator-metaalovergangstemperaturen van andere kwantummaterialen, is dit materiaal een veelbelovende kandidaat voor toekomstige IT-toepassingen in op maat gemaakte functionele apparaten. Bijvoorbeeld, VO2 is toegepast in nieuwe transistors om het gedrag van een menselijk brein na te bootsen. Het materiaal zou mogelijk ook kunnen dienen als transparante raambekleding die bij hoge temperaturen in een donkere film verandert om zonlicht tegen te houden. "Als men deze materialen echter in kleine hoeveelheden in micro-elektronische apparaten wil gebruiken, kan een ander gedrag bij verschillende bulkgroottes en geometrieën worden verwacht. Dit vereist zorgvuldige studies van dergelijke grootte-effecten met geschikte experimentele opstellingen”, zegt Jan Schunck, doctoraalstudent bij DESY en hoofdauteur van de studie. Röntgenstralen zijn een ideale sonde voor de elektronische veranderingen in VO2 geïntroduceerd door de overgang. Het team, gecoördineerd door Martin Beye van DESY, gebruikte een opstelling die was gebouwd rond een transmissie-off-axis zoneplaat bij de PETRA III-straallijn P04. Deze zoneplaat, die kan worden gezien als een Fresnel-lens voor röntgenstralen, werd in combinatie met röntgenabsorptiespectroscopie gebruikt om de toestand van de VO te volgen2 structuren. Terwijl zoneplaten zich ook als een röntgenlens gedragen, kunnen structuren kleiner dan 2 µm worden opgelost. Dit maakt het mogelijk om spectra van rand- en middengebieden van de VO . afzonderlijk te analyseren2 microvierkanten. De plot voor specialisten: tijdens de overgang van de niet-geleidende naar de geleidende toestand is de geleidende fractie aan de randen (boven, rode curve) hoger dan in de middens van de monsters (zwarte curve), gemiddeld drie procent ( onderste grafiek). (Afbeelding: DESY, Jan Schunck) “In de toekomst zullen dergelijke studies met verbeterde ruimtelijke resolutie in combinatie met de hoge helderheid van PETRA IV in staat zijn om grootte-effecten te karakteriseren in microscopisch kleine functionele materialen en misschien zelfs in kleine apparaten onder operando-omstandigheden. We kunnen bijvoorbeeld een VO . waarnemen2gebaseerde transistor in actie”, besluit Martin Beye.