Impresión de un artista de la capa conductora que aparece en la interfaz entre un cristal de SrTiO3 y una capa de LaAlO3. Los átomos Sr están en rojo, los de Ti en azul, los de O en verde, los de La en amarillo y los de Al en violeta. © M. Lopes, Universidad de Ginebra.
¿Cómo puede aparecer una interfaz conductora de electricidad en la unión entre dos materiales que no conducen la electricidad? Desde que se descubrió un fenómeno de este tipo en 2004, Se han propuesto hipótesis contradictorias para responder a esta pregunta, cada uno con sus fervientes seguidores y críticos. Un equipo internacional que reúne a investigadores del Paul Scherrer Institute (PSI), la Universidad de Ginebra (UNIGE) y el Departamento de Física Teórica de Materiales de la Universidad de Lieja han aclarado el debate.
Estos investigadores han demostrado que la conductividad resulta de un efecto intrínseco a la unión entre los dos materiales, refutando la hipótesis alternativa de origen extrínseco ligada a la presencia de imperfecciones introducidas durante la unión que se está desarrollando. La interfaz entre estos dos compuestos posee fascinantes propiedades eléctricas y magnéticas que permiten vislumbrar un cierto número de aplicaciones en las áreas de la electrónica y la informática. Los resultados se han publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
En 2004, los investigadores descubrieron una capa conductora en la interfaz entre dos óxidos aislantes, SrTiO 3 y LaAlO 3 . Después de varios años de intensa investigación, los orígenes de la conductividad siguen siendo controvertidos.
Una escuela de pensamiento vincula esta conducción con propiedades intrínsecas a la unión. En términos simplistas, la diferente naturaleza química de los átomos que componen SrTiO 3 y LaAlO 3 se cree que es responsable de un desequilibrio en la carga eléctrica en una parte u otra de la interfaz. Para compensar este desequilibrio, la teoría predice que para un espesor crítico de LaAlO 3 , el sistema electrónico se reorganizará transfiriendo electrones a la interfaz, haciéndolo así conductor.
Una vista atómica de la interfaz entre un cristal de SrTiO3 y una capa de LaAlO3. Los átomos Sr están en rojo, los de Ti en azul, los de O en verde, los de La en amarillo y los de Al en violeta. © M. Lopes, Universidad de Ginebra.
Esta explicación, que se conoce con el nombre de "modelo de catástrofe polar", se enfrenta a la idea de que las imperfecciones, inherente al crecimiento de la capa de LaAlO 3 , está en la raíz de un dopaje químico de la región de la interfaz y genera la capa conductora.
El experimento apropiado
Para aclarar esta controversia, el equipo de investigadores ideó un experimento que permite probar una predicción fundamental de "catástrofe polar" para validar esta explicación.
El experimento consistió en reemplazar uno de los materiales, LaAlO 3 , por su aleación con el otro compuesto, modificando así el desequilibrio de carga en la interfaz. En la Universidad de Lieja, Denis Fontaine y Philippe Ghosez predijeron teóricamente el efecto de este cambio en el espesor crítico. Los grupos PSI y UNIGE produjeron muestras y las midieron. Estos experimentos demostraron que la relación entre el espesor crítico y la composición de la aleación coincidía perfectamente con la predicción teórica. demostrando los orígenes intrínsecos del fenómeno.
Numerosas aplicaciones a la vista
Esta interfaz conductora podría jugar un papel importante en futuras aplicaciones como las de transistores o sensores. El hecho de que los orígenes de la conductividad sean intrínsecos al sistema es una ventaja para el desarrollo de la electrónica basada en óxidos.
