(Sinistra) Illustrazione schematica del funzionamento del dispositivo ad effetto di campo elettrolitico LAO/STO. La presenza di un elevato campo elettrico guida la migrazione degli atomi di ossigeno (O) nello strato STO per riempire alcuni dei posti vacanti (VO). (Destra) Diagrammi schematici delle bande delle interfacce LAO/STO che mostrano il cambiamento nelle strutture delle bande di energia interfacciale come risultato dell'effetto del campo elettrolitico. Credito:lettere di revisione fisica
I fisici del NUS hanno sviluppato una metodologia per controllare l'elettromigrazione degli atomi di ossigeno nelle interfacce sepolte di materiali complessi di ossido per la costruzione di eterostrutture di ossido ad alta mobilità.
eterostrutture di ossido, che sono composti da strati di diversi materiali di ossido, esibiscono proprietà fisiche uniche alle loro interfacce che di solito non esistono nei loro composti progenitori. Un esempio è l'interfaccia comprendente un film isolante di alluminato di lantanio (LaAlO 3 , abbreviato in LAO) su un singolo cristallo isolante di titanato di stronzio (SrTiO 3 , abbreviato in STO). Questa interfaccia mostra varie proprietà uniche del materiale, come la conduttività, magnetismo e superconduttività bidimensionale, che non si osservano nelle loro forme alla rinfusa. I posti vacanti di ossigeno in STO sono noti per svolgere un ruolo importante nell'influenzare queste proprietà, in particolare per interfacce che possono essere sintetizzate a temperatura ambiente. Però, i meccanismi sottostanti che influenzano queste proprietà emergenti dalle vacanze di ossigeno all'interfaccia dei due diversi materiali sono ancora poco chiari.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof Ariando del Dipartimento di Fisica, e la Nanoscience and Nanotechnology Initiative (NUSNNI), NUS ha sviluppato una tecnica nuova e unica basata sull'effetto del campo elettrolitico per controllare la concentrazione di vuoto di ossigeno all'interfaccia delle eterostrutture LAO/STO. Hanno scoperto che c'è un miglioramento nella mobilità degli elettroni dell'eterostruttura quando le vacanze di ossigeno all'interfaccia dell'ossido vengono occupate (riempite). Questo effetto potrebbe essere potenzialmente utilizzato per costruire dispositivi a semiconduttore ad alte prestazioni.
I ricercatori hanno utilizzato un elettrolita come materiale dielettrico sull'eterostruttura LAO/STO e gli hanno applicato una tensione negativa. Questo crea un forte campo elettrico che fa migrare gli atomi di ossigeno nello strato LAO nella STO carente di ossigeno nella regione di interfaccia. La concentrazione di vacanze di ossigeno all'interfaccia STO è ridotta e questo cambia la struttura della banda di energia dell'eterostruttura, migliorare la mobilità degli elettroni. In questa configurazione sperimentale, lo strato superficiale LAO amorfo funge da barriera, impedendo che si verifichino reazioni chimiche tra la superficie del campione e l'elettrolita.
Il prof Ariando ha detto "La nostra scoperta fornisce ulteriori indizi per comprendere il meccanismo dell'effetto del campo elettrolitico, e apre una nuova strada per la costruzione di interfacce di ossido ad alta mobilità che possono essere sintetizzate a temperatura ambiente".
