La Figura ilustra la importancia de un cribado fuerte (electrónico) para determinar la movilidad de los electrones en las interfaces de las heteroestructuras de óxido. La mejora significativa en la movilidad de los electrones puede permitir el desarrollo de dispositivos novedosos. Crédito:Andrivo Rusydi y Xiao CHI
Los físicos de NUS han desarrollado una nueva metodología para determinar el impacto de los efectos de detección en la movilidad del portador de carga en la interfaz de estructuras de materiales complejas.
Heteroestructuras de óxido, que se componen de capas de diferentes materiales de óxido, exhiben propiedades físicas únicas en sus interfaces (unión entre dos materiales de óxido). Estas propiedades no existen en sus compuestos originales. Un ejemplo es la heterostuctura de óxido que comprende una película de aluminato de lantano (LaAlO 3 ) sobre titanato de estroncio (SrTiO 3 ) que pueden mostrar propiedades tanto aislantes como conductoras dependiendo del espesor de la película. Cuando el LaAlO 3 el espesor de la película aumenta y se convierte en 4 celdas unitarias (~ 20 nm) o más, las propiedades del material en la interfaz cambian abruptamente de ser eléctricamente aislante a eléctricamente conductor (metálico) con alta movilidad de electrones (la velocidad del flujo de electrones). Sin embargo, Existe un conocimiento limitado sobre el mecanismo de esta alta movilidad de electrones y los parámetros físicos que influyen en este comportamiento inusual.
El equipo de investigación codirigido por el profesor Andrivo RUSYDI y el profesor ARIANDO, ambos del Departamento de Física y Nanociencia y del Instituto de Nanotecnología (NUSNNI) NanoCore, NUS ha desarrollado una nueva metodología que implica una combinación de técnicas de medición avanzadas (elipsometría espectroscópica, espectroscopía de absorción de rayos X suave basada en sincrotrón y mediciones de transporte de carga) para determinar la influencia de las cargas localizadas en la movilidad de los electrones en la interfaz del óxido. Estas cargas localizadas pueden proteger (o "proteger") los electrones de tal manera que no se "vean" entre sí, reduciendo significativamente la repulsión de coulomb entre ellos. El cribado de la repulsión de coulomb ayuda a reducir los efectos de correlación entre electrones. Esto se conoce como "efecto de apantallamiento" y permite que los electrones en la interfaz viajen con mayor movilidad. El nuevo método desarrollado por el equipo de investigación de NUS les permitió detectar electrones apantallados y no apantallados, arrojando luz sobre cómo dictan las propiedades electrónicas de una heteroestructura compleja de óxido, particularmente en una interfaz enterrada.
Los investigadores involucrados en este equipo han aplicado este método a una heteroestructura de óxido compuesta de tantalato de aluminio, estroncio y lantano ((La 0,3 Sr 0,7 )(Alabama 0,65 Ejército de reserva 0,35 ) O 3 (LSAT) y SrTiO 3 . Descubrieron la presencia de un nuevo estado intermedio poblado por cargas localizadas (que se transfieren desde la superficie de LSAT) en la interfaz. Un estado de intervalo medio es un estado que ocurre dentro del intervalo de banda óptico. Curiosamente, encontraron que ese estado intermedio es responsable de determinar las propiedades de transporte de la interfaz. Cuando hay cargos más localizados en la interfaz, los electrones móviles están más protegidos de los del material a granel circundante. Esto aumenta significativamente la movilidad de los electrones de la interfaz.
Los investigadores también encontraron que la movilidad de los electrones aumenta con el grosor de la capa de LSAT y está asociada con un aumento en el estado de midgap (que tiene cargas más localizadas). El efecto de pantalla electrónica juega un papel dominante en la movilidad de los electrones en la interfaz, que en este caso resultó en una mejora de la movilidad de los electrones en más de 25 veces.
El profesor Rusydi dijo:"Nuestro hallazgo muestra la importancia del efecto de filtrado electrónico en la determinación de la movilidad de los electrones en la interfaz de heteroestructuras de óxido complejas. Las técnicas experimentales desarrolladas proporcionan una nueva metodología para estudiar las propiedades de una interfaz de material enterrado. Con estos nuevos conocimientos, los científicos de materiales pueden desarrollar materiales avanzados con propiedades únicas para las nuevas funcionalidades de los dispositivos ".
