Forskare vid Auburn University har utvecklat en ny typ av material som exakt kontrollerar fria elektroner, vilket potentiellt kan revolutionera kvantdatorer och kemisk tillverkning. Genom att fixera solvaterade elektronprekursorer på stabila ytor uppnådde teamet justerbart elektronbeteende. Resultaten publicerades i ACS Materials Letters.
Elektroner, de små laddade partiklarna som är centrala i kemiska reaktioner och teknologiska processer, förblir vanligtvis instängda i atomer, vilket begränsar deras tillämpningar. I elektrider rör sig dock elektronerna fritt, vilket möjliggör nya möjligheter inom energioverföring, bindning och ledningsförmåga. Auburn Universitys tvärvetenskapliga team, som spänner över kemi, fysik och materialteknik, har avancerat detta fält genom att skapa Ytimmobiliserade Elektrider. Dessa material fäster solvaterade elektronprekursorer — isolerade metallmolekylära komplex — vid hållbara ytor som diamant och kiselkarbid, vilket gör elektriderna stabila, justerbara och skalbara.
Innovationen gör det möjligt att justera elektronerna: de kan bilda isolerade 'öar' som fungerar som kvantbitar för avancerad databehandling eller sprida sig till utsträckta 'hav' för att underlätta komplexa kemiska reaktioner. Denna mångsidighet kan leda till kvantdatorer som löser olösliga problem och katalysatorer som påskyndar produktionen av bränslen, läkemedel och industriella material.
"Genom att lära oss att kontrollera dessa fria elektroner kan vi designa material som gör saker som naturen aldrig avsett", sa Dr. Evangelos Miliordos, biträdande professor i kemi vid Auburn och huvudförfattare till studien, som byggde på avancerad beräkningsmodellering.
Tidigare elektrider led av instabilitet och skalningsproblem, men denna ytbaserade approach övervinner dessa hinder och kopplar teori till praktiska enheter. "När vårt samhälle pressar gränserna för dagens teknologi exploderar efterfrågan på nya typer av material", noterade Dr. Marcelo Kuroda, biträdande professor i fysik vid Auburn. "Vårt arbete visar en ny väg till material som erbjuder både möjligheter för grundläggande undersökningar av interaktioner i materia och praktiska tillämpningar."
"Detta är grundläggande vetenskap, men det har mycket verkliga implikationer", tillade Dr. Konstantin Klyukin, biträdande professor i materialteknik. "Vi pratar om teknologier som kan förändra hur vi beräknar och tillverkar."
Studien, med titeln "Elektrider med justerbar elektrondelokalisering för tillämpningar i kvantdatorer och katalys", samförfattades av doktoranderna Andrei Evdokimov och Valentina Nesterova. Den stöddes av den amerikanska National Science Foundation och Auburns beräkningsresurser.