Iltmigrering ved heterostrukturgrænsefladen

NUS-fysikere har udviklet en metode til at kontrollere elektromigreringen af ​​oxygenatomer i de begravede grænseflader af komplekse oxidmaterialer til at konstruere oxidheterostrukturer med høj mobilitet.

Oxid heterostrukturer, som er sammensat af lag af forskellige oxidmaterialer, udviser unikke fysiske egenskaber ved deres grænseflader, som normalt ikke findes i deres moderforbindelser. Et eksempel er grænsefladen, der omfatter en isolerende film af lanthanaluminat (LaAlO ₃ , forkortet LAO) på isolerende strontiumtitanat enkeltkrystal (SrTiO ₃ , forkortet STO). Denne grænseflade viser forskellige unikke materialeegenskaber, såsom ledningsevne, magnetisme og todimensionel superledning, som ikke observeres i deres bulkformer. Oxygen ledige stillinger i STO er kendt for at spille en vigtig rolle i at påvirke disse egenskaber, især til grænseflader, der kan syntetiseres ved stuetemperatur. Imidlertid, de underliggende mekanismer, der påvirker disse emergent egenskaber af ilt ledige pladser ved grænsefladen mellem de to forskellige materialer er stadig uklare.

Et forskerhold ledet af prof Ariando fra Institut for Fysik, og Nanoscience and Nanotechnology Initiative (NUSNNI), NUS har udviklet en ny og unik teknik baseret på elektrolytfelteffekten til at kontrollere ilt-tomgangskoncentrationen ved grænsefladen af ​​LAO/STO-heterostrukturer. De opdagede, at der er en forbedring i elektronmobiliteten af ​​heterostrukturen, når ilt ledige pladser ved oxidgrænsefladen bliver optaget (udfyldt). Denne effekt kan potentielt bruges til at konstruere højtydende halvlederenheder.

Forskerne brugte en elektrolyt som det dielektriske materiale på LAO/STO-heterostrukturen og påførte den en negativ spænding. Dette skaber et stærkt elektrisk felt, der får iltatomerne i LAO-laget til at migrere ind i det iltmangelfulde STO ved grænsefladeområdet. Koncentrationen af ​​ledige ilt ved STO-grænsefladen reduceres, og dette ændrer energibåndstrukturen af ​​heterostrukturen, øget elektronmobilitet. I denne eksperimentelle opsætning, det amorfe LAO overfladelag fungerer som en barriere, forhindrer kemiske reaktioner i at opstå mellem prøveoverfladen og elektrolytten.

Prof Ariando sagde, "Vores fund giver yderligere spor for at forstå mekanismen for elektrolytfelteffekt, og åbner en ny vej til at konstruere højmobilitetsoxidgrænseflader, som kan syntetiseres ved stuetemperatur."