Forskere udvikler et nyt super-tetragonalt offerlag til fritstående oxidmembraner

Forskere har udviklet et nyt vandopløseligt offerlag, "super-tektragonal" Sr₄ Al₂ O₇ (SAO_T ), med bred tunbarhed i gitterkonstanter, som kan bruges til at fremstille fritstående oxidmembran af høj kvalitet. Deres arbejde er udgivet i Science .

En fritstående oxidmembran er en type lavdimensionelt kvantemateriale, der bevarer enkeltkrystalegenskaber selv efter fjernelse af substratet, og som besidder både de koblede egenskaber af multi-frihedsgrader i korrelerede elektronsystemer og den strukturelle fleksibilitet af todimensionelle materialer. Dens unikke egenskaber som superelasticitet giver mulighed for at fremkalde nye kvante-afledte fænomener og udvikle ultratynde fleksible elektroniske enheder.

Den upassende belastningsafslapning mellem det vandopløselige offerlag og oxidmembranen udløser imidlertid dannelsen af ​​højdensitetsrevner under den vandstøttede eksfoliering af den fritstående oxidmembran, hvilket kompromitterer krystalliniteten og integriteten af ​​den nuværende fritstående oxidmembran. Hvordan man undertrykker revnedannelsen og opnår højkrystallinske fritstående oxidmembraner med stort område, er fortsat en udfordring.

For at løse problemet dykkede holdet ned i vækstvinduet for pulserende laseraflejring af Sr-Al-O (SAO)-baseret vandopløseligt offerlag og opdagede en tidligere ukendt Sr₄ Al₂ O₇ film, som udviser ekstraordinære egenskaber.

Den biaksiale spændte Sr₄ Al₂ O₇ film har en tetragonal strukturel symmetri, hvilket muliggør sammenhængende vækst af højkvalitets ABO₃ /SAO_T epitaksiale heterostrukturer, som undertrykker revnedannelsen under vandassisteret frigivelse og dermed forbedrer krystalliniteten og integriteten af ​​fritstående oxidmembran.

Holdet verificerede også eksfolieringseffekten af ​​perovskitoxidfilm med et bredt gitterkonstantområde (3,85 til 4,04 Å) og afslørede, at de revnefrie områder af den fritstående oxidmembran frigivet fra Sr₄ Al₂ O₇ offerlag kan spænde op til et par millimeter i skala, hvilket er 1-3 størrelsesordener større end tidligere fritstående oxidmembran. Derudover er krystalliniteten og funktionaliteterne af teamets fritstående oxidmembran sammenlignelige med de epitaksiale membraner dyrket på enkeltkrystallinske substrater.

Desuden opdagede holdet, at den unikke struktur af Sr₄ Al₂ O₇ resulterer i høj vandopløselighed, hvilket væsentligt reducerer tiden for vandassisterede frigivelsesprocesser og forbedrer effektiviteten af ​​fritstående oxidmembran.

Denne opdagelse er et gennembrud i at forbedre integriteten og krystalliniteten af ​​fritstående oxidmembraner, hvilket kan øge deres anvendelsespotentiale i lavdimensionelle fleksible elektroniske enheder. Anmeldere roser dette arbejde meget og siger, at "(dette arbejde) har potentialet til at have en bred indvirkning på oxidelektronik fra flere perspektiver."

Forskerholdet blev ledet af prof. Wu Wenbing og prof. Wang Linfei fra University of Science and Technology i Kina i samarbejde med prof. Si Liangs team fra Northwest University.

Flere oplysninger: Jinfeng Zhang et al., Super-tetragonal Sr₄ Al₂ O₇ som et offerlag for fritstående oxidmembraner med høj integritet, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi6620

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af University of Science and Technology of China