Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Minnesota Twin Cities ha resuelto un misterio de larga data que rodea al titanato de estroncio, un óxido de metal inusual que puede ser un aislante, un semiconductor o un metal. La investigación proporciona información para futuras aplicaciones de este material en dispositivos electrónicos y almacenamiento de datos.

El artículo se publica en Proceedings of the National Academy of Sciences .

Cuando se coloca un aislante como el titanato de estroncio entre placas de metal con carga opuesta, el campo eléctrico entre las placas hace que los electrones con carga negativa y los núcleos positivos se alineen en la dirección del campo. Este alineamiento ordenado de electrones y núcleos es resistido por vibraciones térmicas, y el grado de orden se mide por una cantidad fundamental llamada constante dieléctrica. A baja temperatura, donde las vibraciones térmicas son débiles, la constante dieléctrica es mayor.

En los semiconductores, la constante dieléctrica juega un papel importante al proporcionar una "pantalla" o protección efectiva de los electrones conductores de otros defectos cargados en el material. Para aplicaciones en dispositivos electrónicos, es fundamental tener una constante dieléctrica grande.

Las muestras de titanato de estroncio de tamaño centimétrico de alta calidad exhiben una constante dieléctrica de baja temperatura medida de 22,000, que es bastante grande y alentadora para las aplicaciones. Pero la mayoría de las aplicaciones en computadoras y otros dispositivos requerirían películas delgadas. A pesar del enorme esfuerzo de muchos investigadores que utilizan diversos métodos para desarrollar películas delgadas, solo se ha logrado una modesta constante dieléctrica de 100–1000 en películas delgadas de titanato de estroncio.

En películas delgadas, que pueden tener solo unas pocas capas atómicas de espesor, la interfaz entre la película y el sustrato, o la película y la siguiente capa, puede desempeñar un papel importante.

Bharat Jalan, autor principal del artículo, profesor y presidente de Shell en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Minnesota, teorizó que estas interfaces "enterradas" podrían estar enmascarando la verdadera constante dieléctrica del titanato de estroncio. Al tener en cuenta cuidadosamente este efecto de enmascaramiento, Jalan y sus alumnos descubrieron que la verdadera constante dieléctrica de sus películas de titanato de estroncio supera los 25 000, la más alta jamás medida para este material.

Los hallazgos de Jalan y sus estudiantes y colaboradores brindan una visión crítica del papel de las interfaces entre un aislante y un metal que se encuentran en las estructuras de capacitores omnipresentes en la tecnología moderna, incluso cuando tanto el metal como el aislante se derivan del mismo material.

"Los semiconductores se encuentran entre los materiales más importantes utilizados en la tecnología moderna", dijo Jalan. "Aunque se sabe mucho sobre los semiconductores convencionales como el silicio y el arseniuro de galio, existen varios misterios sin resolver que rodean a los semiconductores de óxido como el titanato de estroncio".

Jalan dijo que con esta investigación resolvieron un problema de larga data relacionado con las constantes dieléctricas bajas en las películas de titanato de estroncio a través del control de interfaces y defectos.

"Estos resultados se basan en un notable historial de éxito del método de crecimiento de película, conocido como epitaxia de haz molecular híbrido, descubierto por Jalan", dijo Richard James, profesor distinguido de la Universidad McKnight en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica, y co -autor en el estudio. "La calidad de las películas del grupo de Jalan es verdaderamente excepcional".

El estudiante que lideró el esfuerzo de crecimiento fue Zhifei Yang, estudiante graduado en la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota supervisado por Jalan.

"Fue muy gratificante ver que una interfaz de sólo unas pocas capas atómicas de espesor puede tener un tremendo impacto en el valor medido", dijo Yang sobre el descubrimiento de las altas constantes dieléctricas. + Explora más

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