(Phys.org) —I ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory hanno scoperto le caratteristiche di un contatto elettrico a bassa resistenza con il titanato di stronzio, SrTiO ₃ , un importante prototipo di semiconduttore di ossido. È probabile che gli ossidi siano materiali importanti nei dispositivi elettronici di prossima generazione, e devono essere estremamente piccoli. Ottenere segnali elettrici dentro e fuori i semiconduttori di ossido è difficile perché una grande barriera di energia si sviluppa tipicamente alla giunzione con i contatti metallici. I contatti metallici sono necessari per far entrare e uscire l'elettricità da un dispositivo a semiconduttore più o meno allo stesso modo dei cavi jumper per trasferire l'energia da una batteria per auto sana a una batteria scarica. Questo lavoro mostra come eliminare questa barriera mantenendo l'area di contatto estremamente piccola, a livello nanometrico.

Che si tratti di sistemi di difesa avanzati o di prodotti di consumo, noi come nazione siamo sempre alla ricerca di migliori prestazioni e nuove funzionalità dalle nostre tecnologie di comunicazione. Ancora, i limiti di ciò che si può ottenere con i semiconduttori convenzionali, come il silicio, sono chiaramente all'orizzonte. Questo lavoro rappresenta un importante passo avanti nell'uso degli ossidi, che per la loro stessa natura fisica consentono di prevedere e realizzare nuove funzionalità elettroniche.

Film cristallini di cromo metallico sono stati depositati su superfici monocristalline di titanato di stronzio nel vuoto ultraelevato utilizzando l'epitassia a fascio molecolare. Le eterogiunzioni risultanti, che sono dove due materiali dissimili entrano in contatto, sono stati caratterizzati con microscopia elettronica a trasmissione a scansione, spettroscopia di perdita di energia degli elettroni, spettroscopia fotoelettronica a raggi X e ultravioletti, e modelli teorici dei principi primi basati sulla teoria del funzionale della densità. Un lavoro precedente degli stessi ricercatori del PNNL aveva dimostrato che la resistenza elettrica di questa giunzione è la più bassa che sia mai stata misurata, ma le ragioni di questo risultato non erano note.

Sono note altre metallizzazioni a bassa resistenza, ma la loro formazione comporta un mix un po' disordinato di metalli e ciò che è effettivamente localizzato si fonde alla giunzione. Questo approccio non è utile per i dispositivi su scala nanometrica a causa della diffusione laterale derivante dalla lega alla giunzione.

Un'indagine dettagliata ha mostrato che l'equivalente di 1 o 2 strati atomici di cromo si diffondono nel titanato di stronzio, occupare siti interstiziali, e ancorare il resto del film all'ossido, con conseguente forte adesione. Gli atomi di cromo in diffusione trasferiscono anche elettroni agli atomi di titanio nei primi piani atomici, rimuovendo efficacemente la barriera energetica che sarebbe altrimenti presente se questa diffusione e trasferimento di carica non si fossero verificati, e convertire la superficie del titanato di stronzio in un metallo. La giunzione risultante è quindi un'interfaccia "metallo/metallo" piuttosto che un'interfaccia "metallo/semiconduttore". Ma, a differenza di altre interfacce metallo/ossido con bassa resistenza di contatto, questa giunzione è strutturalmente e compositivamente ben definita e quasi atomicamente brusca.

L'elettronica in generale e i computer in particolare rappresentano il maggior consumo di energia in tutto il mondo. Questo lavoro mostra come la dissipazione di potenza può essere ridotta nel funzionamento di un dispositivo utilizzando un semiconduttore di ossido come ingrediente attivo. Il prossimo passo è usare il cromo cristallino come contatto elettrico in strutture multistrato più avanzate che potrebbero essere utili non solo nell'elettronica dell'ossido, ma anche nelle celle solari a base di ossido. Altri lavori futuri riguardano la ricerca di altri metalli che abbiano le stesse proprietà utili del cromo per questo scopo.