Crescita e trasferimento di film SrTiO3 autoportanti ultrasottili. un, Schema di un film con uno strato tampone SAO. B, Lo strato sacrificale di SAO viene sciolto in acqua per rilasciare i film di ossido superiore con il supporto meccanico di PDMS. C, Nuove eterostrutture e interfacce si formano quando il film autoportante viene trasferito sul substrato desiderato. D, e, Immagini HAADF in sezione trasversale (d) e a basso ingrandimento (e) risolte atomicamente di un film STO indipendente a due celle trasferito su un wafer di silicio e una griglia TEM di carbonio bucata, rispettivamente. F, G, Immagini HAADF in sezione trasversale (f) e a basso ingrandimento (g) risolte atomicamente di una pellicola STO indipendente a quattro celle rappresentative, mostrando l'eccellente flessibilità delle pellicole autoportanti ultrasottili. Credito: Natura (2019). DOI:10.1038/s41586-019-1255-7
Un team di ricercatori dell'Università di Nanchino in Cina, l'Università del Nebraska e l'Università della California negli Stati Uniti hanno trovato un modo per produrre film indipendenti di ossido di perovskite. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Natura , il gruppo descrive il processo che hanno sviluppato e come ha funzionato quando è stato testato. Yorick Birkhölzer e Gertjan Koster dell'Università di Twente hanno pubblicato un articolo su News and Views sul lavoro svolto dal team nello stesso numero della rivista.
Birkhölzer e Koster sottolineano che molti nuovi materiali sono realizzati andando agli estremi, rendendoli davvero grandi o davvero piccoli. Renderli piccoli ha portato a molte scoperte recenti, notano, inclusa una tecnica per fare il grafene. Un'area di ricerca si è concentrata sui modi per produrre ossidi di metalli di transizione in un formato più sottile. È stato lento, però, per la loro natura cristallina. A differenza di alcuni materiali, gli ossidi dei metalli di transizione non si formano naturalmente in strati con uno strato superiore che può essere staccato. Anziché, si formano in strutture 3D fortemente legate. A causa di ciò, alcuni nel campo si sono preoccupati che potrebbe non essere mai possibile produrli nelle forme desiderate. Ma ora, i ricercatori con questo nuovo sforzo hanno trovato un modo per produrre due ossidi di metalli di transizione (ossidi di perovskite, titanato di stronzio e ferrite di bismuto) in un formato a film sottile.
Il processo sviluppato dai ricercatori prevedeva l'utilizzo dell'epitassia a fascio molecolare per applicare uno strato tampone su un substrato seguito da uno strato di perovskite. Una volta realizzato il sandwich di materiali, i ricercatori hanno usato l'acqua per dissolvere lo strato tampone, consentendo di rimuovere la perovskite e posizionarla su altri substrati. I ricercatori riferiscono che il loro processo ha funzionato così bene che sono stati in grado di estrarre film di perovskite vicino al limite teorico:una cella unitaria quadrata (con lati di circa 0,4 nanometri).
“Attraverso la nostra produzione di successo di ossidi di perovskite ultrasottili fino al limite del monostrato, abbiamo creato una nuova classe di materiali bidimensionali, "dice Xiaoqing Pan, professore di scienza e ingegneria dei materiali e Henry Samueli Endowed Chair in Engineering presso UCI. “Poiché questi cristalli hanno effetti fortemente correlati, prevediamo che mostreranno qualità simili al grafene che saranno fondamentali per le tecnologie energetiche e informatiche di prossima generazione”. Credito:Xiaoqing Pan / UCI
Birkhölzer e Koster sottolineano che il lavoro svolto dal team combinato cinese e americano ha dimostrato che è possibile produrre almeno alcuni ossidi di metalli di transizione in un formato a film sottile. La loro ricerca ha anche dissipato i timori che un film del genere potesse crollare, rendendolo inutilizzabile.
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