La oxidación de metales se aprovecha en muchas aplicaciones industriales. Los investigadores de KAUST han modelado el límite entre dos óxidos metálicos para revelar sus propiedades metálicas, lo que podría dar lugar a aplicaciones positivas en electrónica.
Nuestra familiaridad con el óxido que se produce a través de la oxidación del hierro para hacerlo escamoso y débil, significa que generalmente consideramos que la oxidación de los metales es perjudicial. Pero algunos óxidos metálicos son útiles. Por ejemplo, tienen un gran potencial en electrónica porque pueden ser transparentes y flexibles. Pueden exhibir propiedades magnéticas, que abre la puerta al alto rendimiento, memorias de computadora ultrarrápidas. Pueden ser sensibles a su entorno, haciéndolos útiles para sensores de gas.
Recientemente, El potencial de la semiconducción de monóxido de estaño (SnO) para aplicaciones electrónicas se reveló cuando los científicos de KAUST determinaron una movilidad récord, que se refiere a la facilidad con la que una partícula portadora de carga puede viajar a través del material. En este caso, los portadores de carga no eran electrones, pero agujeros. Los agujeros se comportan de manera muy similar a los electrones, pero llevan una carga eléctrica positiva en lugar de negativa.
Obtener monóxido de estaño puro es un desafío porque el proceso de fabricación a menudo también crea dióxido de estaño (SnO2). En general, la interfaz entre dos óxidos puede albergar una amplia variedad de física exótica, de la superconductividad a la ferroelectricidad, mientras que las propiedades de la interfaz entre el monóxido de estaño y el dióxido de estaño son en gran parte desconocidas.
Arwa Albar, ahora profesor asistente en la Universidad King Abdulaziz, Hizo este trabajo como parte de su Ph.D. estudios en KAUST, junto con Hassan Ali Tahini y su supervisor, Udo Schwingenschlögl. Los científicos modelaron teóricamente el límite entre los dos óxidos utilizando la llamada teoría funcional de la densidad. Con esta técnica pudieron determinar la densidad de carga eléctrica en la interfaz para diferentes arreglos atómicos. Demostraron que el límite puede soportar agujeros que se mueven libremente en lo que se conoce como gas cuántico, lo que le da a la interfaz un carácter metálico.
"El nuevo modelo predice con precisión la cantidad de carga en la interfaz, "confirma Albar.
Ya se han identificado gases cuánticos en interfaces de óxido en otros sistemas de materiales. Pueden surgir debido a una discontinuidad en el cargo entre dos materiales.
"La formación cuántica de gas se explica por un mecanismo conocido como catástrofe polar en el que los electrones se ordenan para evitar una divergencia en el potencial electrostático, "dice Schwingenschlögl. Lo que es inusual acerca de la interfase monóxido de estaño-dióxido es que carece de tal discontinuidad en la carga". la cantidad de carga por área de interfaz es diferente en los dos lados de la interfaz, ", explica Schwingenschlögl." A esto lo llamamos 'discontinuidad de densidad de carga' en lugar de la 'discontinuidad de carga' convencional ".
El equipo predice que este mismo fenómeno también podría ocurrir en otras combinaciones de materiales. "Será necesario investigar cómo se pueden controlar las propiedades del gas cuántico, "dice Schwingenschlögl.
