(Izquierda) Ilustración esquemática del funcionamiento del dispositivo de efecto de campo de electrolito LAO / STO. La presencia de un campo eléctrico elevado impulsa la migración de los átomos de oxígeno (O) hacia la capa STO para llenar algunas de las vacantes (VO). (Derecha) Diagramas de bandas esquemáticos de las interfaces LAO / STO que muestran el cambio en las estructuras de las bandas de energía interfaciales como resultado del efecto del campo de electrolitos. Crédito:Cartas de revisión física
Los físicos de NUS han desarrollado una metodología para controlar la electromigración de átomos de oxígeno en las interfaces enterradas de materiales de óxidos complejos para construir heteroestructuras de óxidos de alta movilidad.
Heteroestructuras de óxido, que se componen de capas de diferentes materiales de óxido, exhiben propiedades físicas únicas en sus interfaces que generalmente no existen en sus compuestos originales. Un ejemplo es la interfaz que comprende una película aislante de aluminato de lantano (LaAlO 3 , abreviado como LAO) en monocristal de titanato de estroncio aislante (SrTiO 3 , abreviado como STO). Esta interfaz muestra varias propiedades de material únicas, como la conductividad, magnetismo y superconductividad bidimensional, que no se observan en sus formas a granel. Se sabe que las vacantes de oxígeno en STO juegan un papel importante al influir en estas propiedades, particularmente para interfaces que se pueden sintetizar a temperatura ambiente. Sin embargo, Los mecanismos subyacentes que influyen en estas propiedades emergentes por las vacantes de oxígeno en la interfaz de los dos materiales diferentes aún no están claros.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Ariando del Departamento de Física, y la Iniciativa de Nanociencia y Nanotecnología (NUSNNI), NUS ha desarrollado una técnica nueva y única basada en el efecto de campo de electrolitos para controlar la concentración de vacantes de oxígeno en la interfaz de heteroestructuras LAO / STO. Descubrieron que hay una mejora en la movilidad de los electrones de la heteroestructura cuando las vacantes de oxígeno en la interfaz del óxido se ocupan (llenan). Este efecto podría potencialmente utilizarse para construir dispositivos semiconductores de alto rendimiento.
Los investigadores utilizaron un electrolito como material dieléctrico en la heteroestructura LAO / STO y le aplicaron un voltaje negativo. Esto crea un fuerte campo eléctrico que hace que los átomos de oxígeno en la capa LAO migren hacia la STO deficiente en oxígeno en la región de la interfaz. La concentración de vacantes de oxígeno en la interfaz STO se reduce y esto cambia la estructura de la banda de energía de la heteroestructura. mejorar la movilidad de los electrones. En esta configuración experimental, la capa superficial amorfa de LAO actúa como barrera, evitar que se produzcan reacciones químicas entre la superficie de la muestra y el electrolito.
El profesor Ariando dijo:"Nuestro hallazgo proporciona más pistas para comprender el mecanismo del efecto de campo de electrolitos, y abre una nueva vía para construir interfaces de óxido de alta movilidad que se pueden sintetizar a temperatura ambiente ".
