Elektrochemische Bauelemente finden in vielen Technologien Anwendung, darunter Batterien, Kondensatoren, Sensoren und Transistoren. Für ihre Funktion benötigen sie ein elektrisches Feld, um den Ionentransport und die elektrochemischen Prozesse anzutreiben. Diese einfache, aber strenge Regel hat Innovationen in der Elektrochemie und verwandten Technologien lange Zeit behindert. Forscher am WPI-MANA ​​haben diese Regel jedoch kürzlich mit ihrer Entwicklung der „magnetischen Steuerung elektrochemischer Bauelemente“ in Frage gestellt.
Die WPI-MANA-Forscher Takashi Tsuchiya und Kazuya Terabe und ihre Mitarbeiter nutzten anstelle elektrischer Geräte einen kleinen Magneten, um die Ionen zu bewegen. Der Transport paramagnetischer FeCl₄-Ionen in einem flüssigen Elektrolyten (mit [Bmim]FeCl₄) wurde magnetisch gesteuert, um ein typisches elektrochemisches Bauelement zu betreiben: einen elektrischen Doppelschichttransistor (EDLT). Dieser Transistortyp nutzt eine elektrische Doppelschicht (EDL) an der Halbleiter/Elektrolyt-Grenzfläche, um die Elektronenträgerdichte des Halbleiters zu steuern. Die elektrische Leitfähigkeit eines zweidimensionalen Lochs (einige Nanometer dick) an der Grenzfläche zwischen Einkristall und Diamantelektrolyt (100) konnte erfolgreich durch ein Magnetfeld geschaltet werden, obwohl das Schaltverhältnis geringer war als bei herkömmlichen elektrisch feldgesteuerten EDLTs.
Die Steuerung magnetischer Ionen eröffnet der Nanoelektronik, die auf dem am WPI-MANA ​​als atomarer Schalter* entwickelten Ionenparadigma basiert, eine neue Dimension. Diese Steuerung hat auch auf andere elektrochemische Bauelemente erhebliche Auswirkungen. Sie birgt das Potenzial für innovative Anwendungen, die mit herkömmlichen Ansätzen bisher nicht realisierbar waren. Darüber hinaus regt diese Entdeckung die Entwicklung leistungsstarker magnetischer Elektrolyte zur Unterstützung solcher Innovationen an.
In der Elektrochemie, einem bereits umfassend erforschten Teilgebiet der Chemie, stellt der interdisziplinäre Magnetismus eines der wenigen verbleibenden Forschungsgebiete dar. Forscher werden sich ihm zweifellos zuwenden wie Eisensand einem Magneten.
 
* Referenz
„Quantisierter Leitwert-Atomschalter“, K. Terabe, T. Hasegawa, T. Nakayama und M. Aono, Nature 433, 47–50 (2005), „Atomschalter erreicht den Weltraum“, 31 (2017)
Referenz
T. Tsuchiya, M. Imura, Y. Koide und K. Terabe. Magnetische Steuerung einer magneto-elektrochemischen Zelle und eines elektrischen Doppelschichttransistors. Sci. Rep. 7, 10534 (2017).

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