Metalloxidation utnyttjas i många industriella tillämpningar. KAUST -forskare har modellerat gränsen mellan två metalloxider för att avslöja deras metalliska egenskaper, vilket kan leda till positiva tillämpningar inom elektronik.
Vår förtrogenhet med rost, som sker genom oxidation av järn för att göra det flagnande och svagt, betyder att vi vanligtvis anser att oxidation av metaller är skadligt. Men vissa metalloxider är användbara. Till exempel, de har stor potential inom elektronik eftersom de kan vara både transparenta och flexibla. De kan uppvisa magnetiska egenskaper, som öppnar dörren till högpresterande, ultrasnabba datorminnen. De kan vara känsliga för sin miljö, vilket gör dem användbara för gassensorer.
Nyligen, potentialen för halvledande tennmonoxid (SnO) för elektroniska applikationer avslöjades när KAUST -forskare bestämde rekordhög rörlighet, som hänvisar till hur lätt en laddningsbärande partikel kan färdas genom materialet. I detta fall, laddningsbärarna var inte elektroner, men hål. Hål beter sig mycket som elektroner, men de bär en positiv snarare än en negativ elektrisk laddning.
Att få ren tennmonoxid är utmanande eftersom tillverkningsprocessen ofta också skapar tennoxid (SnO2). I allmänhet, gränssnittet mellan två oxider kan spela värd för en mängd olika exotiska fysiker, från supraledning till ferroelektricitet, medan egenskaperna hos gränssnittet mellan tennmonoxid och tennioxid är i stort sett okända.
Arwa Albar, nu assisterande professor vid King Abdulaziz University, gjorde detta arbete som en del av hennes doktorsexamen studier på KAUST, tillsammans med Hassan Ali Tahini och hennes handledare, Udo Schwingenschlögl. Forskarna modellerade teoretiskt gränsen mellan de två oxiderna med hjälp av så kallad densitetsfunktionell teori. Med denna teknik kunde de bestämma densiteten för elektrisk laddning vid gränssnittet för olika atomarrangemang. De visade att gränsen kan stödja fritt rörliga hål i det som kallas en kvantgas, vilket ger gränssnittet en metallisk karaktär.
"Den nya modellen förutspår noggrant mängden laddning vid gränssnittet, "bekräftar Albar.
Kvantgaser har redan identifierats vid oxidgränssnitt i andra materialsystem. De kan uppstå på grund av en diskontinuitet mellan två material.
"Kvantgasbildningen förklaras av en mekanism som kallas polär katastrof där elektronerna ordnar sig för att undvika en divergens i elektrostatisk potential, "säger Schwingenschlögl. Det som är ovanligt med tennmonoxid -dioxid -gränssnittet är att det saknar en sådan diskontinuitet." laddningsmängden per gränssnittsområde är olika på gränssnittets två sidor, "förklarar Schwingenschlögl." Vi kallar detta "laddningstäthet diskontinuitet" snarare än den konventionella "laddning diskontinuitet". "
Teamet förutspår att samma fenomen också kan förekomma i andra kombinationer av material. "Det kommer att bli nödvändigt att undersöka hur kvantgasens egenskaper kan kontrolleras, "säger Schwingenschlögl.
