Materialforschung

Schaltbares Material macht Speicherchips in Foliendicke möglich

22.01.16 | Redakteur: Sebastian Gerstl

Zur Funktionsweise: Elektrische Spannung kann genutzt werden, um die Sauerstoffkonzentration - und somit Phase und Struktur - im Strontium-Cobaltit-Material zu modifizieren.
Zur Funktionsweise: Elektrische Spannung kann genutzt werden, um die Sauerstoffkonzentration - und somit Phase und Struktur - im Strontium-Cobaltit-Material zu modifizieren. (Bild: MIT)

Zwei Forscher des MIT haben ein Dünnfilm-Material entwickelt, dessen Phase und elektrische Eigenschaften durch Anbringen einer elektrischen Ladung schnell zwischen metallisch und halbleitend umschalten lässt. Die Entdeckung könnten neuartige, nicht-volatile Speicherchips ermöglichen.

Die kürzlich im Fachjournal „nano Letters“ veröffentlichte Studie, verfasst von Doktorand Qiyang Lu und dem Lehrbeauftragten Bilge Yildiz, beide vom MIT, befasst sich mit einem foliendicken Material namens Strontium-Cobaltit (SrCoOx).

Wie Yildiz ausführt, wird die strukturelle Phase eines Materials für gewöhnlich von seiner Zusammensetzung, seiner Temperatur und von Druck bestimmt. In Ihrer Studie konnten die Forscher nun nachweisen, dass auch elektrische Ladung einen Phasenübergang bewirken kann.

„Wir haben dies erreicht, indem wir den Sauerstoffgehalt des SrCoOx verändert haben,“ erklärt Yildiz. „[Das Material] besitzt zwei verschiedene Strukturen die davon abhängen, wie viele Sauerstoffatome es pro Zelleneinhalt enthält, und diese beiden Strukturen besitzen ziemlich unterschiedliche Eigenschaften.“ Eine dieser Konfigurationen, die viele Sauerstoffatome enthält, ist ein Perwoskit mit einer eng abgeschlossenen, käfigartigen Kristallstruktur. Die andere ist ein Brownmillerit und besitzt eine offenere Struktur.

Diese beiden Zustände besitzen unterschiedliche chemische, elektrische, magnetische und physikalische Eigenschaften. Lu und Yildiz haben herausgefunden, dass das Material zwischen diesen Formen wechselt, indem Sie eine geringe Spannung (30 mV) anlegten. Nach dem Wandel bleibt diese neue Konfiguration stabil, kann aber durch erneutes Anlegen eines Spannung wieder in den Urzustand zurückversetzt werden.

Strontium-Cobaltit ist ein sogenanntes Übergangsmetalloxid, das unter Forschern für eine Vielzahl von Anwendungen in Betracht gezogen wird, darunter etwa Elektroden in Treibstoffzellen oder elektronischen Geräten wie Memristoren – eine Variante von nonvolatilen, schnellen und energieeffizienten Speichern. Der spontane Wechsel von einem Zustand in den anderen durch Anbringen einer schwachen Ladung mache das Material insbesondere für derartige Speicherchips interessant.

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