(per) Ein Team von Forschern der ETH Zürich, des University College London, der Universität Tokio und der Firma Lucent Technology hat bei einem ungewöhnlichen Material ebenso aussergewöhnliche Eigenschaften entdeckt. Dieses keramische Material, ein so genannter Manganit, könnte den Weg ebnen für neue Anwendungen in der Elektronik.

Der Manganit ist ein kompliziert aufgebautes Manganoxid und besteht natürlicherweise aus mehreren Schichten. Dieses Material leitet zwar den elektrischen Strom, allerdings nur in die Richtungen innerhalb einer Ebene. Zwischen den einzelnen Schichten findet kein Austausch der Ladungsträger, also der Elektronen, statt, denn sie sind gut voneinander isoliert. Für Henrik Ronnow von Labor für Neutronenstreuung der ETH/PSI, dem Erstautoren der Studie, die Ende April in Nature publiziert wurde(1), war dies eine erstaunliche Erkenntnis. „In normalen Metallen sind die Elektronen meist in alle Richtungen gleicht gut verschiebbar, nicht aber in diesem Manganit.“

Elektron mit Anhängsel

Die Erklärung für dieses Phänomen fanden Ronnow und Kollegen bei einer eingehenden Untersuchung des Manganits: Die Elektronen sind ummantelt, an eine Art „Störung“ gebunden. Diese entsteht durch die negative Ladung des Elektrons, die positive Atome im Kristallgitter anzieht. „Das Elektron bildet dadurch ein Quasipartikel, ein so genanntes Polaron. Dieses Objekt kann sich nicht zwischen verschiedenen Ebenen verschieben“, sagt der Forscher. Damit die Elektronen ihr Stockwerk verlassen könnten, müsse man entsprechend viel Energie beifügen, welche das Elektron von seiner Störung löst.

Das aussergewöhnliche Material könnte dereinst für den Bau von Computerchips interessant sein. In Chips werden unzählige kleinste Transistoren gepackt, allerdings nur in eine Ebene. Der Manganit mit seinen ungewöhnlichen Isoliermechanismen könnte sich als hauchdünne Trennschicht mit einer Dicke von wenigen Nanometern eignen. Dadurch könnten die Transistoren in mehreren Ebenen angeordnet werden, was den Bau von schnelleren und leistungsfähigeren Chips ermöglicht.