Rust - jernoksid - er en dårlig leder av elektrisitet, og det er derfor en elektronisk enhet med et rustet batteri vanligvis ikke fungerer. Men elektroner beveger seg gjennom jernoksid - på tilsynelatende geologiske tidsrom. Nå forklarer forskere hvordan elektronene gjør dette og gir det sterkeste beviset ennå for den ledende teorien om slik bevegelse, en type halvledelse. Arbeidet ble publisert i Science, og danner et nytt grunnlag for å forstå hvordan jernoksid sykler gjennom jorden.

Det meste jernoksid er i form av bergarter og mineraler. Bergarter vokser og går i oppløsning via elektroner, som styrer om passerende jernatomer klistrer seg og bygger opp overflaten eller indre faller av og bryter overflaten ned. Hva som skjer avhenger delvis av hvor raskt elektroner beveger seg gjennom mineralene, noe forskere egentlig ikke har kunnet måle fordi jernoksid ikke er en god elektrisk leder - ekstra elektroner er fast fanget i det faste stoffet, og knapt får lov til å bevege seg.

Forskerne, ledet av geokjemister Kevin Rosso ved Pacific Northwest National Lab og Benjamin Gilbert ved Berkeley National Lab, utforsket elektroner som beveget seg gjennom nanopartikler av jernoksid i forskjellige mineralformer som hematitt og maghemitt. Arbeidet viste at elektronene befinner seg i divoter kalt polaroner - litt forvrengning i den ellers ensartede gitterrammen forårsaket av elektronens negative ladning. Og de hopper fra en divot til den neste når de blir varme nok og tar hvor som helst fra en til fem humle per nanosekund gjennom jernoksidet.

Forskere utførte teoretisk arbeid ved EMSL, DOEs Environmental Molecular Sciences Laboratory på PNNL campus, som viste hvordan polaron-modellen trofast gjengav eksperimentelle data samlet inn på Berkeley Lab.