Подумайте об одной половине любого известного дуэта, и другая половина, скорее всего, придет на ум. Они не только дополняют друг друга, но вместе они лучше работают.То же самое и в быстрорастущей области оксидных материалов для электроники. Обладая широким спектром поведения, включая электронное, магнитное и сверхпроводящее, эти многофункциональные материалы готовы расширить наши представления о функциях традиционных электронных устройств на основе кремния, таких как сотовые телефоны или компьютеры.
Однако до сих пор отсутствовал важный аспект, дополняющий функцию электронов в оксидной электронике. А группа ученых во главе с специалистом по материалам Университета Висконсин-Мэдисон Чанг-Беом Эом непосредственно заметила, что отсутствует вторая половина дуэта, необходимого для продвижения оксидных электронных материалов.Это называется двумерным дырочным газом — аналог чего-то известного как двумерный электронный газ. Более десяти лет исследователи признали возможность появления дырочного газа, но не смогли создать его экспериментально.
Сегодня (5 февраля 2018 г.) в журнале Nature Materials Эом и его сотрудники представили доказательства сосуществования дырочного газа и электронного газа. Специально для этого исследования они разработали ультратонкий материал, известный как тонкопленочная структура.«Двумерный дырочный газ был невозможен в первую очередь потому, что невозможно было вырастить достаточно совершенные кристаллы», — говорит Эом, профессор Теодора Х. Гебалле и заслуженный профессор материаловедения и инженерии Харви Д. Спенглер. «Внутри были дефекты, которые убили дырку с газом».Эом — мировой эксперт в области материального роста, использующий методы, которые позволяют ему тщательно выстраивать или «выращивать» каждый слой материала с атомарной точностью.
Эти знания в сочетании с пониманием взаимодействия между слоями в их структуре были ключевыми в идентификации неуловимого двумерного дырочного газа.«Мы смогли спроектировать правильную структуру и сделать кристаллы, близкие к идеальным, без дефектов, которые ухудшают состояние дырочного газа», — говорит он.Также важным для идентификации дырочного газа был почти симметричный способ, которым Эом собрал различные слои — что-то вроде клубного сэндвича.
В то время как другие исследователи создали двухслойную структуру материала, Эом разработал трехслойную. Он чередовал слои оксида стронция и диоксида титана внизу, затем слои оксида лантана и оксида алюминия, затем добавил дополнительные слои оксида стронция и диоксида титана наверху.В результате дырочный газ образуется на границе слоев наверху, в то время как электронный газ образуется на границе слоев внизу — первая демонстрация очень мощной комплементарной пары.Так же, как люди 50 лет назад, вероятно, не могли представить себе общение с помощью беспроводных устройств, прогресс создает платформу, которая может реализовать новые концепции-приложения, которые сегодня остаются за гранью наших самых смелых мечтаний.
«Мы не просто улучшаем производительность устройств», — говорит Эом. «Итак, не улучшение сотового телефона, например, а представление о совершенно новом устройстве, которое стало возможным благодаря этому прогрессу. Это начало нового захватывающего пути».