Wissenschaftler der Rutgers University im US-Bundesstaat New Jersey haben ein ferroelektrisches Material entwickelt, das theoretisch vorhergesagt worden war, praktisch aber als nicht realisierbar galt. Es handelt sich um einen nahezu 2D-Film, der nur wenige Atomlagen dick ist, ähnlich dem "Wundermaterial" Graphen. Es besteht aus nebeneinander angeordneten Molekülen, die Barium, Titan, Strontium, Lantan und Sauerstoff enthalten. Dazu kommt ein 2D-Elektronengas, eine Halbleiterstruktur, in der sich Elektronen nur in zwei Dimensionen bewegen können.
Der neue Werkstoff ist bei normaler Umgebungstemperatur ferroelektrisch. Diese Eigenschaft haben einige Kristalle, die natürlich vorkommen. Sie verfügen über ein elektrisches Dipolmoment, dessen Richtung sich in einem äusseren elektrischen Feld umkehrt.
"Ferroelektrika sind eine wichtige Familie von technischen Werkstoffen", sagt Forschungsleiter Jak Chakhalian. Diese werden in Mobiltelefonen, Antennen, Datenspeichern, medizinischen Systemen, speziellen Motoren, extrem empfindlichen Sensoren und in der Elektroakustik genutzt. "Wir haben eine neue Klasse von Werkstoffen geschaffen, die ferromagnetische Eigenschaften haben", freut sich Chakhalian. Während alle bis dato eingesetzten Ferroelektrika Isolatoren sind, also keinen elektrischen Strom leiten, ist der neue Werkstoff leitfähig. Das könnte zu komplett neuen Anwendungen führen.
Schon 1965 sagte der Princeton-Professor und spätere Nobelpreisträger Philip W. Anderson voraus, dass ein Material herstellbar sei, das ferroelektrische Eigenschaften hat und dazu noch ein Stromleiter ist. Jahrzehntelang schien es unmöglich zu sein, ein solches Material zu schaffen. Es ähnelte dem Versuch, Feuer und Wasser miteinander zu vermischen.
Chakhalian und Yanwei Cao, der an der Rutgers University studiert hat und heute Professor an der chinesischen Akademie der Wissenschaften ist, lösten das Problem. Sie fügten zwei ultradünne Filme zusammen, sodass ein Bauteil mit metallischen Eigenschaften entstand. Ein dritter Film, den sie darüberlegten, verwandelte das Sandwich in ein Ferromagnetikum. "Die neue Struktur ist ein grosser Gewinn", resümiert Chakhalian.
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