La resa di un artista dello spessore guidato, transizione metallo-isolante in film sub-nanometrici di un nichelato di lantanio. Gli atomi di nichel sono mostrati in oro, atomi di ossigeno in bianco, e atomi di lantanio in rosso, e la metallicità si ottiene passando da due a tre strati atomici. Credito:Haofei Wei
(Phys.org) — I dispositivi elettronici sempre più piccoli potrebbero raggiungere dimensioni atomiche con l'aiuto di ossidi di metalli di transizione, una classe di materiali che sembra avere tutto:superconduttività, magnetoresistenza e altre proprietà esotiche. Queste possibilità hanno entusiasmato gli scienziati a capire tutto su questi materiali, e per trovare nuovi modi per controllare le loro proprietà ai livelli più fondamentali.
I ricercatori del Cornell e del Brookhaven National Laboratory hanno mostrato come cambiare un particolare ossido di metallo di transizione, un nichelato di lantanio (LaNiO 3 ), da un metallo a un isolante rendendo il materiale di spessore inferiore a un nanometro.
Il gruppo, che ha pubblicato i suoi risultati nel numero di aprile di Nanotecnologia della natura , include il ricercatore capo Kyle Shen, professore associato di fisica; primo autore Phil King, un recente borsista post-dottorato Kavli alla Cornell, ora alla facoltà dell'Università di St. Andrews; Darrell Schlom, l'Herbert Fisk Johnson Professore di Chimica Industriale; e co-autori Haofei Wei, Yuefeng Nie, Masaki Uchida, Carolina Adamo, e Shabo Zhu (Cornell), e Xi He e Ivan Božović (Laboratorio nazionale di Brookhaven).
Utilizzando una tecnica di crescita estremamente precisa chiamata epitassia a fascio molecolare (MBE), King ha sintetizzato campioni atomicamente sottili del nichelato di lantanio e ha scoperto che il materiale cambia bruscamente da metallo a isolante quando il suo spessore si riduce a meno di 1 nanometro. Quando quella soglia viene varcata, la sua conduttività - la capacità degli elettroni di fluire attraverso il materiale - si spegne come una luce, una caratteristica che potrebbe rivelarsi utile in interruttori o transistor su scala nanometrica, ha detto Shen.
Utilizzando un sistema unico alla Cornell, che integra la crescita del film MBE con una tecnica chiamata spettroscopia di fotoemissione ad angolo risolta (ARPES), King e colleghi hanno mappato come i movimenti e le interazioni degli elettroni nel materiale sono cambiati oltre questa soglia, variando atomo per atomo lo spessore dei loro film di ossido. Hanno scoperto che quando i film avevano uno spessore inferiore a 3 atomi di nichel, gli elettroni hanno formato un insolito ordine su nanoscala, simile a una scacchiera.
I risultati dimostrano la capacità di controllare le proprietà elettroniche degli ossidi di metalli di transizione esotici su scala nanometrica, oltre a rivelare le sorprendenti interazioni cooperative che governano il comportamento degli elettroni in questi materiali ultrasottili. La loro scoperta apre la strada alla creazione di nuovi dispositivi elettronici avanzati dagli ossidi.
