(Vänster) Schematisk illustration av driften av LAO/STO elektrolytfältseffektanordning. Förekomsten av höga elektriska fält driver syreatomerna (O) till STO -skiktet för att fylla några av de lediga platserna (VO). (Till höger) Schematiska banddiagram över LAO/STO -gränssnitten som visar förändringen i gränssnittets energibandstrukturer till följd av elektrolytfälteffekten. Kredit:Fysiska granskningsbrev
NUS -fysiker har utvecklat en metod för att styra elektromigrationen av syreatomer i de nedgrävda gränssnitten av komplexa oxidmaterial för att konstruera heterostrukturer med hög rörlighetoxid.
Oxid heterostrukturer, som består av lager av olika oxidmaterial, uppvisar unika fysikaliska egenskaper vid sina gränssnitt som vanligtvis inte finns i deras föräldraföreningar. Ett exempel är gränssnittet innefattande en isolerande film av lantanaluminat (LaAlO 3 , förkortas som LAO) på isolerande strontiumtitanat enkristall (SrTiO 3 , förkortas som STO). Detta gränssnitt visar olika unika materialegenskaper, såsom konduktivitet, magnetism och tvådimensionell supraledning, som inte observeras i sin bulkform. Syrevakanser i STO är kända för att spela en viktig roll för att påverka dessa egenskaper, särskilt för gränssnitt som kan syntetiseras vid rumstemperatur. Dock, de bakomliggande mekanismerna som påverkar dessa framväxande egenskaper av syreflödena vid gränssnittet mellan de två olika materialen är fortfarande oklara.
Ett forskargrupp ledd av prof Ariando från Institutionen för fysik, och Nanoscience and Nanotechnology Initiative (NUSNNI), NUS har utvecklat en ny och unik teknik baserad på elektrolytfältseffekten för att kontrollera syrevakuumkoncentrationen vid gränssnittet mellan LAO/STO -heterostrukturer. De upptäckte att det finns en förbättring av heterostrukturens elektronmobilitet när syreflöden vid oxidgränssnittet blir upptagna (fyllda). Denna effekt kan eventuellt användas för att konstruera högpresterande halvledarenheter.
Forskarna använde en elektrolyt som dielektriskt material på LAO/STO -heterostrukturen och applicerade en negativ spänning på den. Detta skapar ett starkt elektriskt fält som får syreatomerna i LAO-lagret att migrera till den syrebristiga STO vid gränssnittsregionen. Koncentrationen av syrevakanser vid STO -gränssnittet reduceras och detta förändrar energibandstrukturen för heterostrukturen, öka elektronmobiliteten. I denna experimentella inställning, det amorfa LAO -ytskiktet fungerar som en barriär, förhindra att kemiska reaktioner inträffar mellan provytan och elektrolyten.
Prof Ariando sa:"Vårt fynd ger ytterligare ledtrådar för att förstå mekanismen för elektrolytfälteffekt, och öppnar en ny väg för konstruktion av högmobilitetoxidgränssnitt som kan syntetiseras vid rumstemperatur. "
