Et nyt såkaldt 2D-materiale baseret på forskning ved DTU Kemi rummer så store perspektiver, at resultatet offentliggøres i det ansete tidsskrift Nature Chemistry.
Af Morten Andersen
Et internationalt forskerhold ledet af adjunkt Kasper Steen Pedersen, DTU Kemi, har fremstillet et nyt nano-materiale med særlige elektriske og magnetiske egenskaber, der gør det velegnet til fremtidens kvantecomputere og anden elektronik. Resultatet blev offentliggjort mandag 10. september i Nature Chemistry, som er det mest prestigefyldte tidsskrift inden for kemi.
Materialet krom-klorid-pyrazin (kemisk formel CrCl2(pyrazin))2) er et lagdelt materiale, som er forløberen for såkaldte 2D-materialer. 2D-materialer, der i princippet har en tykkelse svarende til blot et enkelt molekyle, har ofte 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 elektronens bølgelængde blot er længere end tykkelsen af 2D-materialet, vil de være tvungne til at bevæge sig horisontalt.
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.
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 “spintronik”.
– 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.
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 der står virksomheder på spring for at fremstille materialet, 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.
Kilde: DTU Kemi
