Титанат стронция — это не только потенциальная будущая альтернатива стандартным полупроводникам, он также может демонстрировать интересные явления, такие как сверхпроводимость, термоэлектричество или магнитные эффекты, которых нет в материалах, которые используются для современных электронных устройств.Поверхностный слой и внутренняя частьЭтот проект тесно связывает теоретические расчеты и эксперименты.
Чжимин Ван из исследовательской группы профессора Ульрике Диболд был ведущим экспериментатором; часть экспериментальных работ была проделана на синхротроне BESSY в Берлине. Чжичэн Чжун из группы профессора Карстена Хельда изучил материал с помощью компьютерного моделирования.Не все атомы титаната стронция расположены одинаково: если материал разрезан под определенным углом, атомы поверхностного слоя образуют структуру, которая отличается от структуры в объеме материала. «Внутри у каждого атома титана есть шесть соседних атомов кислорода, тогда как атомы титана на поверхности связаны только с четырьмя атомами кислорода каждый», — говорит Ульрике Диболд. Это причина замечательной химической стабильности поверхности.
Обычно такие материалы повреждаются при контакте с водой или кислородом.Миграция атомов кислородаЧто-то примечательное происходит, когда материал облучается электромагнитными волнами высокой энергии: «Излучение может удалить атомы кислорода с поверхности», — объясняет Ульрике Диболд. Затем другие атомы кислорода из объема материала поднимаются на поверхность.
Внутри материала накапливается недостаток кислорода, а также избыток электронов. «Эти электроны, расположенные в двумерном слое очень близко к поверхности, могут свободно перемещаться. Мы называем это электронным газом», — говорит Карстен Хельд. Уже были некоторые свидетельства наличия двумерного электронного газа в подобных материалах, но до сих пор создание стабильного, прочного электронного газа на поверхности было невозможно. Свойства электронов в газе можно точно настроить.
В зависимости от интенсивности излучения меняется количество электронов. Электронные свойства также могут быть изменены добавлением различных атомов.«В физике твердого тела очень важна так называемая зонная структура материала.
Она описывает взаимосвязь между энергией и импульсом электронов. Примечательной особенностью нашей поверхности является то, что она показывает совершенно разные типы зонных структур, в зависимости от квантового состояния электрона », — говорит Карстен Хельд.Электронный газ в новом материале имеет множество различных электронных структур.
Некоторые из них вполне могут быть подходящими для создания интересных магнитных эффектов или сверхпроводимости. Многообещающие свойства титаната стронция теперь будут изучены дополнительно.
Исследователи надеются, что, применив внешние электрические поля или разместив дополнительные атомы металла на поверхности, новый материал сможет раскрыть еще несколько своих секретов.