Bariumstannat Perowskit-Defekt sorgt für transparente und leitfähige Folie für Touchscreens

Redakteur: Sebastian Gerstl

Leitfähigkeit und Transparenz in einem Material vereint: Forscher der Universität Minnesota entwickeln eine transparente und leitfähige Folie, die für neuartige Touchscreens und Smart Displays sorgen könnte. Möglich macht dies ein eindimensionaler Materialdefekt in Bariumstannat (BaSnO3).

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Atomare Anordnung sowohl des BaSnO3-Kristalls (links; Barium in grün, Zinn in lila, Sauersotff in rot und lanthanum-Elemente in gelb) als auch des metallischen Liniendefekts, der sowohl Transparenz als auch Leitfähigkeit ermöglicht. Forscher der University of Minnesota konnten die Materialeigenschaft mittels analytischer Rastertransmissionselektronenmikroskopie (scanning transmission electron microscopy, STEM) bei einer 10 Millionenfachen Vergrößerung isolieren und abbilden.
Atomare Anordnung sowohl des BaSnO3-Kristalls (links; Barium in grün, Zinn in lila, Sauersotff in rot und lanthanum-Elemente in gelb) als auch des metallischen Liniendefekts, der sowohl Transparenz als auch Leitfähigkeit ermöglicht. Forscher der University of Minnesota konnten die Materialeigenschaft mittels analytischer Rastertransmissionselektronenmikroskopie (scanning transmission electron microscopy, STEM) bei einer 10 Millionenfachen Vergrößerung isolieren und abbilden.
(Bild: Mkhoyan Group, University of Minnesota)

Ein Defekt, der in Bariumstannat (BaSnO3) Perowskit-Kristallen gefunden wurde, könnte eines Tages zu einer neuen Art von transparentem, leitendem Film führen. Das geben Forscher der University of Minnesota in einer neuen Studie an, die sie im Materialwissenschaftsfachblatt Science Advances veröffentlicht haben. Bei dem erwähnten Defekt handelt es sich um einen 'eindimensionalen' Liniendefekt, der sich durch Einkristalle des Materials zieht, ausgerichtet auf eine der Kristallachsen.

„Die leitende Natur und die Vorzugsrichtung dieser metallischen Liniendefekte bedeuten, dass wir ein Material herstellen können, das transparent wie Glas und gleichzeitig sehr schön gerichtet leitend wie ein Metall ist“, sagt Andre Mkhoyan, Professor für Chemical Engineering und einer der Hauptautoren der Studie. „Das gibt uns das Beste aus zwei Welten: Wir können Fenster oder neuartige Touchscreens transparent und gleichzeitig leitfähig machen.“

10-Millionen-fache Vergrößerung offenbart leitende Eigenschaften in Kristallstrukturen

Die Entdeckung wurde in Lanthan-dotiertem BaSnO3 mittels Transmissionselektronenmikroskopie an Filmen gemacht, die durch Molekularstrahlepitaxie auf einem LaAlO3-Substrat gewachsen sind. Die Entdeckung wurde mit Hilfe der fortschrittlichen Raster-Transmissions-Elektronenmikroskopie (engl. scanning transmission electron microscopy, STEM). Mit dieser Technik lassen sich Bilder mit Vergrößerungen von bis zu 10 Millionen erzeugen.

Wenn zwei Lanthanatome dies dicht nebeneinander tun, können sie Zinnatome (lila) zwischen sich zusammenschieben. Dies kann in einer Schicht nach der anderen des Kristalls passieren, wobei die Defekte ausgerichtet sind, was zu Säulen von gepaarten Zinnatomen führt - im Diagramm von oben gesehen.

„Wir konnten diese Liniendefekte in den hochauflösenden Rastertransmissionselektronenmikroskopie-Bildern dieser BaSnO3-Dünnschichten aufgrund ihrer einzigartigen atomaren Konfiguration leicht erkennen, und wir sahen sie nur in der Draufsicht“, sagt Forscherkollege Hwanhui Yun.

Die Leitfähigkeit erstreckt sich also über die gesamte Dicke der Schicht, während sie für Touchscreens quer über die Schicht liegen muss.

Da sich die metallischen Liniendefekte in einer bekannten Richtung ausbreiten, können die Forscher potenziell kontrollieren, wie oder wo Liniendefekte auftreten, und sie möglicherweise in nützliche transparente leitfähige Materialien umwandeln, so die Universität.

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