Ricercatori francesi sono riusciti a creare uno strato conduttivo sulla superficie del titanato di stronzio (SrTiO 3 ), un materiale isolante trasparente considerato molto promettente per lo sviluppo di future applicazioni di microelettronica. Due nanometri di spessore, questo strato conduttivo è un gas di elettroni metallico bidimensionale (2DEG) che fa parte del materiale isolante. Facile da produrre, apre nuove possibilità per l'elettronica basata su ossidi di metalli di transizione (il SrTiO 3 famiglia), sfruttando la vasta gamma di proprietà fisiche di questi materiali (superconduttività, magnetismo, termoelettricità, ecc.) per integrare più funzioni diverse in un unico dispositivo microelettronico. Un documento che spiega questa scoperta inaspettata, derivanti dalla ricerca al sincrotrone SOLEIL, è stato pubblicato il 13 gennaio numero 2011 di Natura rivista.
I componenti microelettronici odierni sono costituiti da strati di semiconduttori su un substrato di silicio. Al fine di sostenere il ritmo degli aggiornamenti periodici nelle prestazioni dei dispositivi microelettronici oltre il 2020, si stanno studiando soluzioni tecnologiche alternative. I ricercatori stanno rivolgendo sempre più la loro attenzione agli ossidi dei metalli di transizione, che offrono proprietà fisiche promettenti come la superconduttività, magnetoresistenza, termoelettricità, multiferroicità e capacità fotocatalitica.
All'interno di questa famiglia di materiali, titanato di stronzio (SrTiO 3 ) è stato oggetto di approfondite ricerche. Questo materiale isolante diventa un buon conduttore quando viene drogato, ad esempio creando alcuni posti vacanti di ossigeno in superficie. Le interfacce tra SrTiO3 e altri ossidi (LaTiO3 o LaAlO3) sono conduttive, anche se i due materiali sono isolanti. Inoltre, offrono proprietà come la superconduttività, magnetoresistenza e termoelettricità, con ottime prestazioni a temperatura ambiente. Il problema, però, è che le interfacce tra gli ossidi sono molto difficili da produrre.
Ora una scoperta inaspettata ha sfondato questa barriera tecnologica. Un team internazionale guidato da ricercatori del CNRS e dell'Université Paris-Sud 11 ha prodotto un gas di elettroni metallico bidimensionale (2DEG) sulla superficie di SrTiO 3 . Questo strato conduttivo, spessore di circa due nanometri, è stato ottenuto tagliando sottovuoto un pezzo di titanato di stronzio, un processo molto semplice ed economico. Gli elementi costitutivi di SrTiO 3 sono risorse naturali disponibili in grandi quantità, e il composto non è tossico, a differenza dei materiali più utilizzati oggi nella microelettronica (telluridi di bismuto). Inoltre, I 2DEG potrebbero probabilmente essere creati sulla superficie di altri ossidi di metalli di transizione usando una tecnica simile.
La scoperta di uno strato conduttivo di questo tipo (che non richiede l'aggiunta di uno strato di altro materiale) rappresenta un significativo passo avanti per la microelettronica a base di ossido. Potrebbe consentire di combinare le proprietà multifunzionali intrinseche degli ossidi dei metalli di transizione con quelle del metallo bidimensionale sulla loro superficie. Possibili sviluppi potrebbero includere l'accoppiamento di un ossido ferroelettrico con il gas di elettroni sulla sua superficie per produrre memorie non volatili, o l'inclusione di circuiti trasparenti sulla superficie delle celle solari o dei touch screen.
Il 2DEG sulla superficie del titanato di stronzio è stato identificato e studiato in esperimenti utilizzando la spettroscopia di fotoemissione ad angolo risolta (ARPES) al sincrotrone SOLEIL a Saint-Aubin, Francia, e il Synchrotron Radiation Center presso l'Università del Wisconsin, STATI UNITI D'AMERICA.
