Un equipo de investigación dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) ha desarrollado una técnica que podría conducir a nuevos materiales electrónicos que superen las limitaciones impuestas por la Ley de Moore. que predijo en 1975 que la cantidad de transistores empaquetados en un pequeño chip de computadora basado en silicio se duplicaría cada dos años. Sus hallazgos fueron publicados en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

En la búsqueda de nuevos materiales con el potencial de superar al silicio, Los científicos han querido aprovechar las inusuales propiedades electrónicas de los dispositivos 2-D llamados heteroestructuras de óxido, que consisten en capas atómicamente delgadas de materiales que contienen oxígeno.

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que los materiales de óxido, en su propia, son típicamente aislantes, lo que significa que no son conductores de electricidad. Cuando dos materiales de óxido se colocan en capas para formar una heteroestructura, nuevas propiedades electrónicas como la superconductividad:el estado en el que un material puede conducir electricidad sin resistencia, típicamente a cientos de grados bajo cero, y el magnetismo de alguna manera se forma en su interfaz, que es la unión donde se encuentran dos materiales. Pero se sabe muy poco sobre cómo controlar estos estados electrónicos porque pocas técnicas pueden sondear debajo de la interfaz.

Ahora, el equipo dirigido por Berkeley Lab, dirigido por Alessandra Lanzara, un científico senior de la facultad en la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab y profesor de física en UC Berkeley, ha demostrado una técnica que arroja luz sobre la producción de nuevos estados exóticos, como la superconductividad de heteroestructuras de óxido atómicamente delgadas.

En la fuente de luz avanzada de Berkeley Lab, Los investigadores utilizaron una técnica especial llamada espectroscopia de fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES) para medir directamente la estructura electrónica de los electrones confinados entre las capas de una heteroestructura de titanato de estroncio / titanato de samario.

Sondando a una profundidad de aproximadamente 1 nanómetro (una milmillonésima parte de un metro) dentro de la muestra, Los investigadores descubrieron dos propiedades electrónicas únicas, llamadas singularidad de Van Hove (VHS) y topología de superficie de Fermi, que los físicos de la materia condensada han considerado durante mucho tiempo características importantes para ajustar la superconductividad y otros estados electrónicos exóticos en materiales electrónicos.

La observación de los investigadores de la topología de superficies VHS y Fermi en la interfaz entre materiales de óxido atómicamente delgados por primera vez sugiere que el sistema es una plataforma ideal para investigar cómo controlar la superconductividad a escala atómica en materiales 2-D.

"Nuestros hallazgos agregan nueva información a este campo joven. Si bien el camino hacia el uso industrial de la electrónica de óxido aún está lejos, Nuestro trabajo es un paso adelante en el desarrollo de alternativas de próxima generación a la electrónica tradicional más allá de la Ley de Moore. "dijo el autor principal Ryo Mori, investigador de doctorado en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y Ph.D. estudiante de física en UC Berkeley.

A continuación, los científicos planean investigar más a fondo cómo las propiedades electrónicas, como las singularidades de Van Hove, cambian a temperaturas más altas y diferentes voltajes.