เมื่อกล่าวถึงสารประกอบออกไซด์เช่น หิน ทราย และฝุ่น ซึ่งดูแล้วธรรมดาและหาได้ง่ายทั่วไป หากแต่นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามทำให้สารประกอบออกไซด์เหล่านี้กลายเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าล้ำยุค ซึ่งเมื่อหลายสิบปีที่แล้วนั้นดูไกลเกินเอื้อมแต่จริงๆแล้วเรื่องนี้ก็มีความเป็นไปได้เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันอาศัยความสามารถของสารกึ่งตัวนำหรือที่ใช้กันมากที่สุดคือ ธาตุซิลิกอนและตามความหมายของชื่อสารกึ่งตัวนำสามารถเปลี่ยนได้ไปมาระหว่างการเป็นตัวนำไฟฟ้าและตัวฉนวน การเปลี่ยนไปมานี้เป็นสมบัติสำคัญในการสั่งงานให้เปิดกับปิดที่เปรียบได้เป็น  0 กับ 1 ในโลกดิจิตอลซึ่งกลายมาเป็นคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เราใช้กันอย่างอยู่ทุกวันนี้ แต่อย่างไรก็ตามการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยใช้สารกึ่งตัวนำแบบดั้งเดิมก็เข้าใกล้จุดอิ่มตัวเต็มทีและความเร็วของชิปคอมพิวเตอร์ไม่อาจจะพัฒนาให้สูงไปได้กว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน
 
เมื่อไม่นานมานี้ได้มีนักวิจัยต่างประเทศค้นพบว่าเมื่อนำผลึกสนิมโลหะจากไททาเนียมและอลูมิเนียมสองชนิดมาประกบกัน พบว่าที่บริเวณรอยต่อมีชั้นอิเล็กตรอนสองมิติเกิดขึ้นที่ความหนาประมาณ 2-10 นาโนเมตร ชั้นอิเล็กตรอนสองมิตินี้มีสมบัติที่หลากหลายมากทั้งสามารถเปลี่ยนจากตัวฉนวนมาเป็นตัวนำไฟฟ้า คล้ายกับสารกึ่งตัวนำได้แต่ยังสามารถเป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีค่าความต้านทานเปลี่ยนอย่างฉับพลันเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กและยังเป็นตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด (ความต้านทานเป็นศูนย์) ได้อีกด้วยตอนนี้เปรียบเหมือนเราไม่ได้มีแค่ 0 กับ1 อีกแล้ว แต่มีสมบัติอีกหลายอย่างที่กลายมาเป็นความหวังใหม่ของนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำหลายท่านในการพัฒนาเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ที่ชื่อว่า all-oxide devices อย่างไรก็ตามยังมีความรู้หลายอย่างที่ต้องค้นคว้าก่อนความหวังนี้จะกลายเป็นจริง
 
งานวิจัยนี้เกิดจากความร่วมมือระหว่างมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน คณะนักวิจัยจากสหรัฐอเมริกาและสหราชอาณาจักรได้ทำการศึกษาผลึกสนิมโลหะชื่อว่าสตรอนเทียมไทเทเนียมไตรออกไซด์ (SrTiO₃) ที่มีศักยภาพสูงในการพัฒนาเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ พบว่าชั้นอิเล็กตรอนสองมิติของผลึกสนิมนี้สามารถเกิดได้บนผิวของผลึก SrTiO₃ โดยไม่ต้องมีการประกบโดยเกิดขึ้นหลังจากการฉายแสงซินโครตรอนที่มีความเข้มสูงลงบนผิว วิธีการดังกล่าวอาจใช้เป็นวิธีในการสร้างลวดลายของชั้นอิเล็กตรอนที่ราคาถูกและรวดเร็วได้สำหรับใช้ในวงจรไฟฟ้าชนิดใหม่ นอกจากนี้หลังจากการทดสอบคุณสมบัติของผลึกสองมิติด้วยเทคนิคโฟโตอิมิชชันโดยใช้แสงซินโครตรอนพบว่าอิเล็กตรอนที่ถูกขังในชั้นอิเล็กตรอนสองมิตินี้มีสมบัติที่พิเศษที่หลากหลายและมีความคล่องตัวที่สูง (high electron mobility) ข้อมูลนี้แสดงถึงศักยภาพของผลึกสนิมนี้ที่ทำงานได้หลากหลายกว่าสารกึ่งตัวนำและทำงานได้รวดเร็วอีกด้วย

ผลงานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารในเครือ Nature [1] ซึ่งถือว่าเป็นวารสารทางวิชาการที่ได้รับการยอมรับเป็นอันดับหนึ่งของโลกและได้รับความเชื่อถืออย่างสูงจากนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก  
 
[1] W.Meevasana, P. D. C. King, R. H. He, S-K. Mo, M. Hashimoto, A. Tamai, P.Songsiriritthigul, F. Baumberger and Z-X. Shen, Creation and control of atwo-dimensional electron liquid at the bare SrTiO3 surface,NatureMater.10,114-118 (2011) 

 

ภาพแสดงพฤติกรรมของอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันระหว่างบนผิวของหินสามารถและสารกึ่งตัวนำไฟฟ้า

 

ดร.วรวัฒน์ มีวาสนา สาขาวิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี