Nyt hybridt nanomateriale kan moduleres som Lego-klodser
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Nyt hybridt nanomateriale kan moduleres som Lego-klodser

Illustration: DTU

Et internationalt forskerhold ledet af adjunkt Kasper Steen Pedersen fra DTU Kemi har fremstillet et nyt nano-materiale med særlige elektriske og magnetiske egenskaber, der gør det velegnet til fremtidens kvantecomputere og anden elektronik.

Det kan man læse i et af verdens mest anerkendte kemi-tidsskrifter, Nature Chemistry, som netop har publiceret en artikel om det nye materiale.

Krom-klorid-pyrazin (kemisk formel: CrCl2(pyrazin)2) er et lagdelt materiale, som er forløberen for såkaldte 2D-materialer, der i princippet har en tykkelse svarende til blot et enkelt molekyle og ofte har helt andre egenskaber end det samme materiale i en normal 3D-version.

Det gælder ikke mindst for de elektriske egenskaber.

I et 3D-materiale har elektronerne frihed til at bevæge sig i alle retninger. Men så længe elektronernes bølgelængde blot er længere end tykkelsen af 2D-materialet, vil de være tvunget til at bevæge sig horisontalt.

Læs også: DTU’s nye supercomputer skal regne på batterier og solceller

Hybrid af organisk og uorganisk materiale

Det mest kendte 2D-materiale er grafen, som består af kulstof-atomer i en særlig gitterformation, der gør materialet særdeles stærkt. Siden grafen blev fremstillet første gang i 2004, er der fremstillet hundredvis af andre 2D-materialer, hvoraf nogle muligvis kan være kandidater til anvendelser i kvante-elektronik. Imidlertid bygger det nye materiale på en helt anderledes tilgang end de øvrige kandidater. Mens de andre materialer til formålet alle er uorganiske – ligesom grafen – er krom-klorid-pyrazin en hybrid af et organisk og et uorganisk materiale.

»Materialet er et eksempel på en ny form for kemi, hvor vi er i stand til at udskifte forskellige byggeklodser i materialet og dermed modificere dets fysiske og kemiske egenskaber. Dette er ikke muligt i grafen, hvor du eksempelvis ikke kan vælge, at halvdelen af atomerne i gitteret skal være noget andet end kulstof. Men med vores tilgang er der mulighed for at designe egenskaberne af materialet langt mere nøjagtigt, end man kender fra andre 2D-materialer,« forklarer Kasper Steen Pedersen.

Det betyder at krom-klorid-pyrazin måske har potentialet til at blive et nyt supermateriale til elektronik.

»Hvis man eksempelvis vil bruge grafen til en transistor, så mangler grafen en kritisk egenskab, nemlig et båndgab. Men på grund af grafens simple opbygning - det består kun af ét grundstof - er det ikke muligt kemisk at ændre på materialets sammensætning og eksempelvis udskifte halvdelen af grafen-materialet med nitrogen. Det kan man med vores nye materiale, så vi kan ændre materialernes egenskaber ved at skrue på elektronernes opførsel. Man kan sige, at vi strikker nanomaterialer sammen med molekylære byggeklodser,« fortæller Kasper S. Pedersen til Ingeniøren.

DTU Kemis forskning er ganske banebrydende og vækker opsigt blandt kemikere verden over.

»Vores materiale er både elektronisk ledende og magnetisk, og indtil sidste år var det forholdsvis kontroversielt at tale om magnetisme i 2D-materialer.«

Læs også: Krypterings-skandale viser vigtigheden af kvante-teleportation

Lang vej endnu

Næste skridt bliver at få materiale ned på et rigtigt todimensionelt niveau.

»Det her materiale er i sig selv ikke rigtigt todimensionelt, men er sat op til at blive slicet ned til en todimensionel grænse. Det er en betragtelig udfordring at få slicet ned og vise, at egenskaberne i materialet er bevaret. Det er vi godt på vej med,« siger Kasper S. Pedersen.

Ud over at man kan designe de elektriske egenskaber af krom-klorid-pyrazin meget nøjagtigt, er det også muligt at ændre de magnetiske egenskaber. Dette er især relevant i forbindelse med såkaldt spintronik, hvor de elektroniske komponenter baserer sig på elektronens magnetiske egenskaber i stedet for dens elektriske ladning. Ideen med spintronik er at kunne fremstille komponenter, der er meget mindre, hurtigere og har mere lagerplads end den nuværende computer-generation.

»I spintronik benytter man ikke kun elektronernes ladning – som i elektronik – men også deres spin, som er en kvantemekanisk egenskab. Dette har specielt stor interesse inden for kvante-computing. Udvikling af nanoskala-materialer, der både er elektrisk ledende og magnetiske, er derfor særdeles relevant,« fortæller Kasper Steen Pedersen.

Læs også: Microsoft-topchef: »Inden for fem år har vi en kommerciel kvantecomputer«

Åbner ny verden af 2D-materialer

Krom-klorid-pyrazin er ikke kun interessant til anvendelse i kvantecomputere, men også til fremtidens superledere, katalysatorer, batterier, brændselsceller og elektronik i almindelighed.

Det er dog ikke sådan, at virksomhederne står på spring for at fremstille materialet til kommercielle formål, understreger forskeren:

»Ikke endnu, i det mindste! Der er stadig tale om grundforskning. Netop fordi vi kommer med et materiale, der er fremstillet ud fra et nyskabende koncept, er der mange spørgsmål at afklare. For eksempel kan vi endnu ikke sige, i hvor høj grad materialet vil være stabilt til forskellige anvendelser. Men selv hvis krom-klorid-pyrazin skulle vise sig at være uegnet af en eller anden grund, vil de nye principper, som vi har anvendt, stadig kunne bruges. Det er en helt ny verden af mere avancerede 2D-materialer, som åbner sig.«

Læs også: Forskere skaber stokastisk beregner i samme enhed

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først