Un gruppo di ricerca guidato dal Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia ha sviluppato una tecnica che potrebbe portare a nuovi materiali elettronici che superano i limiti imposti dalla Legge di Moore, che prevedeva nel 1975 che il numero di transistor racchiusi in un minuscolo chip per computer a base di silicio sarebbe raddoppiato ogni due anni. I loro risultati sono stati riportati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Nella ricerca di nuovi materiali con il potenziale per superare il silicio, gli scienziati hanno voluto sfruttare le insolite proprietà elettroniche dei dispositivi 2-D chiamati eterostrutture di ossido, che consistono in strati atomicamente sottili di materiali contenenti ossigeno.

Gli scienziati sanno da tempo che i materiali di ossido, da soli, sono tipicamente isolanti, il che significa che non sono elettricamente conduttivi. Quando due materiali di ossido vengono stratificati insieme per formare un'eterostruttura, nuove proprietà elettroniche come la superconduttività, lo stato in cui un materiale può condurre elettricità senza resistenza, tipicamente a centinaia di gradi sotto lo zero e il magnetismo in qualche modo si forma alla loro interfaccia, che è il punto in cui due materiali si incontrano. Ma si sa molto poco su come controllare questi stati elettronici perché poche tecniche possono sondare sotto l'interfaccia.

Ora, il team guidato dal Berkeley Lab—diretto da Alessandra Lanzara, uno scienziato senior della facoltà nella divisione di scienze dei materiali del Berkeley Lab e professore di fisica all'Università di Berkeley, ha dimostrato una tecnica che fa luce sulla produzione di nuovi stati esotici, come la superconduttività da eterostrutture di ossidi atomicamente sottili.

Alla sorgente luminosa avanzata del Berkeley Lab, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica speciale chiamata spettroscopia di fotoemissione ad angolo risolta (ARPES) per misurare direttamente la struttura elettronica degli elettroni confinati tra gli strati di un'eterostruttura di titanato di stronzio/titanato di samario.

Sondando ad una profondità di circa 1 nanometro (un miliardesimo di metro) all'interno del campione, i ricercatori hanno scoperto due proprietà elettroniche uniche, chiamate singolarità di Van Hove (VHS) e topologia di superficie di Fermi, che i fisici della materia condensata hanno a lungo considerato caratteristiche importanti per sintonizzare la superconduttività e altri stati elettronici esotici nei materiali elettronici.

L'osservazione per la prima volta da parte dei ricercatori della topologia di superficie VHS e Fermi all'interfaccia tra materiali di ossido atomicamente sottili suggerisce che il sistema è una piattaforma ideale per studiare come controllare la superconduttività su scala atomica nei materiali 2-D.

"Le nostre scoperte aggiungono nuove informazioni a questo giovane campo. Mentre la strada verso l'uso industriale dell'elettronica ad ossido è ancora lontana, il nostro lavoro è un passo avanti nello sviluppo di alternative di nuova generazione all'elettronica tradizionale oltre la legge di Moore, " ha detto l'autore principale Ryo Mori, un ricercatore di dottorato nella divisione di scienze dei materiali del Berkeley Lab e dottorato di ricerca. studente di fisica all'Università di Berkeley.

Gli scienziati hanno in programma di indagare ulteriormente su come le proprietà elettroniche come le singolarità di Van Hove cambiano a temperature più elevate e tensioni diverse.