Los investigadores del Centro de Ciencias de Materiales Nanofásicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía han observado por primera vez capas delgadas de materiales de óxido y sus interfaces en resolución atómica durante el crecimiento. proporcionando una nueva visión del complicado vínculo entre su estructura y propiedades.

"Imagina que de repente tienes la capacidad de ver en color, o en 3-D, ", dijo Sergei Kalinin del CNMS." Así de cerca hemos podido ver estas interfaces muy pequeñas ".

El artículo fue publicado en línea en ACS Nano con Junsoo Shin de ORNL como autor principal.

Un componente de magnetoelectrónica y espintrónica, Las interfaces de óxido tienen el potencial de reemplazar los dispositivos microelectrónicos basados ​​en silicio y mejorar la retención de energía y memoria de otras tecnologías electrónicas.

Sin embargo, Las interfaces de óxido son difíciles de analizar a escala atómica porque una vez que los óxidos se eliminan de su cámara de crecimiento, se contaminan. Para evitar este problema, Los investigadores de ORNL dirigidos por Art Baddorf construyeron un sistema único que permite la microscopía de túnel de barrido y la difracción de electrones de baja energía para capturar imágenes de la capa superior del óxido mientras están in situ. o todavía en la cámara de vacío donde los materiales se cultivaron mediante potentes pulsos de láser.

Muchos estudios de interfaces de óxido similares utilizan una mirada lateral, generalmente se logra mediante microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberraciones (STEM). El equipo de ORNL ha utilizado estas imágenes transversales para mapear la organización del óxido.

Sin embargo, como un sándwich, Las interfaces de óxido pueden ser más de lo que parecen desde un lado. Para observar la capa interactiva del óxido superior e inferior, el grupo ha utilizado microscopía de túnel de barrido para obtener una vista de resolución atómica de la superficie del óxido, y observó su evolución durante el crecimiento de una segunda película de óxido en la parte superior.

"En lugar de ver un plano perfectamente plano, celosía cuadrada que los científicos pensaban que eran estas interfaces antes, encontramos un orden atómico diferente y muy complicado, ", dijo Baddorf." Realmente necesitamos reevaluar lo que sabemos sobre estos materiales ".

Los óxidos se pueden utilizar en diferentes combinaciones para producir resultados únicos. Por ejemplo, aislado, dos óxidos pueden ser aislantes pero juntos la interfaz puede volverse conductora. Al observar la estructura atómica de un óxido, los científicos pueden acoplar óxidos de manera más eficaz para funcionar de manera óptima en aplicaciones tecnológicas avanzadas como los transistores.

Kalinin dice que la aplicación correcta de estos materiales basados ​​en interfaz puede abrir nuevas vías para el desarrollo de procesadores de computadora y dispositivos de almacenamiento y conversión de energía. así como comprender la física básica que controla estos materiales.

"En los últimos 10 años, Solo ha habido un progreso limitado en el desarrollo de tecnologías de la información más allá del silicio, "Kalinin dijo." El silicio tiene limitaciones que se han alcanzado, y esto ha motivado a la gente a explorar otras opciones ".

La resolución atómica de las estructuras de interfaz durante el crecimiento del óxido permitirá a los científicos identificar mejor los defectos de ciertas combinaciones populares de óxidos y podría ayudar a reducir las selecciones de óxidos para estimular aplicaciones comerciales nuevas o más eficientes.