Komplekse oxidgrænseflader er mere komplekse end tidligere antaget

Brug af eksperimentelle ressourcer på EMSL, forskere fra Pacific Northwest National Laboratory og University College London har vist, at blanding sker ved grænsefladen mellem to perovskitter - lanthanaluminat og strontiumtitanat - for en række sammensætninger. Blanding er af interesse, fordi denne grænseflade er ledende, når den forberedes under visse betingelser, og atompositioner ved grænsefladen påvirker den elektroniske struktur.

Da forskere først begyndte at måle grænseflade -ledningsevne, de udviklede en todimensionel model, der hypoteser om en elektronisk rekonstruktion ved grænsefladen udløst af at dyrke en polær perovskit på en upolær perovskit med lidt eller ingen sammenblanding som årsag til ledningsevne. Opnåelse af konduktivitet ved sådanne grænseflader kan have positive konsekvenser for udviklingen af ​​næste generations elektronik.

Efter at have undersøgt andre prøver i lang tid, PNNL- og UCL -teamet designede og testede deres egne materialer. De viste systematisk, at grænsefladeblandingen sker i en større mængde støkiometrier end tidligere antaget.

Teamet gennemførte denne forskning ved hjælp af pulserende laseraflejring til at skabe tynde lag lanthanaluminat og strontiumtitanat. De aflejrede lag var i størrelsesordenen 2 nanometer, eller 8 atomlag, tyk. Denne dybde blev valgt, fordi det er den mindste dybde, der er nødvendig for at opnå ledningsevne. Næste, teamet undersøgte de materialer, de skabte ved hjælp af in situ vinkelopløst røntgenfotoelektronspektroskopi. Undersøgelsen afslørede, at temmelig omfattende blanding af aluminium, lanthan, strontium, og titaniumioner forekommer ved grænsefladen for alle de undersøgte film. Disse resultater var i modstrid med de enkle modeller for kvasi-abrupte grænsefladedannelse.