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Materialforschung

Warum zwei Isolatoren gemeinsam Strom leiten können

| Redakteur: Marc Platthaus

Manchmal macht es die Kombination – Forscher des Paul Scherrer Institus haben jetzt die Frage beantwortet, warum die Verbindung aus zwei Isolatoren elektrischen Strom leiten kann. Ihre Ergebnisse können dabei helfen, Bauteile herzustellen, die voneinander unabhängige Eigenschaften haben, wie z.B. Supraleiter mit magnetfeldempfindlichen Materialien zu kombinieren.

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Struktur des im Experiment untersuchten Materials: Unterer Teil: das reine SrTiO3 (dunkelblau: Strontium Sr, türkis: Titan Ti, grau: Sauerstoff O) mit den abwechselnden Ebenen aus Strontiumoxid und Titandioxid. Oberer Teil: Gemisch aus SrTiO3 und LaAlO3 (rot: Lanthan La, orange: Aluminium Al).
Struktur des im Experiment untersuchten Materials: Unterer Teil: das reine SrTiO3 (dunkelblau: Strontium Sr, türkis: Titan Ti, grau: Sauerstoff O) mit den abwechselnden Ebenen aus Strontiumoxid und Titandioxid. Oberer Teil: Gemisch aus SrTiO3 und LaAlO3 (rot: Lanthan La, orange: Aluminium Al).
(Bild: Paul Scherer Institut)

Villigen/Schweiz – Wie kann es sein, dass zwei Materialien, die keinen Strom leiten, eine elektrisch leitende Schicht bilden, wenn man sie miteinander verbindet? Seit Entdeckung dieses Effekts 2004 haben Forscher verschiedene Ansätze entwickelt, um diese Frage zu beantworten – jeden mit Anhängern, die ihn verteidigen und zu beweisen versuchen. Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Paul Scherrer Instituts die Kontroverse wohl entschieden. Sie haben gezeigt, dass es die Kombination der Eigenschaften der beiden Materialien ist, die den Effekt erzeugt und damit die Vorstellung widerlegt, dass sich an der Grenzfläche die Materialien vermischen und ein neues leitendes Material bilden.

Die untersuchten Materialien sind so genannte Perowskite – Angehörige einer großen Klasse von Materialien mit interessanten elektrischen oder magnetischen Eigenschaften, die eine wesentliche Rolle für zukünftige elektronische Geräte spielen dürften. Die Ergebnisse wurden kürzlich veröffentlicht.

Im Jahr 2004 entdeckten Forscher etwas Erstaunliches: Verbindet man die beiden Substanzen SrTiO3 und LaAlO3, die beide selbst keinen Strom leiten, bildet sich an der Grenzfläche ein dünner elektrisch leitender Bereich. Gleich entstanden mehrere Ansätze, die den Effekt erklären sollten, und zu andauernden Kontroversen führten. „Es gibt Konferenzen, auf denen sich die Mehrheit aller Beiträge mit diesem Effekt beschäftigen“ erzählt Mathilde Reinle-Schmitt, Forscherin am PSI und Erstautorin der Arbeit. Bis heute überlebt haben im Wesentlichen zwei Erklärungsansätze. Um Klarheit in die Kontroverse zu bringen, haben Forschende des PSI mit Kollegen der Uni Genf entsprechende Experimente durchgeführt. Wichtige theoretische Einsichten zu diesen Experimenten haben Forscher der Université de Liège beigetragen.

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