Franska forskare har lyckats skapa ett ledande skikt på ytan av strontiumtitanat (SrTiO) 3 ), ett transparent isoleringsmaterial som anses vara mycket lovande för utvecklingen av framtida mikroelektroniktillämpningar. Två nanometer tjock, detta ledande skikt är en tvådimensionell metallisk elektrongas (2DEG) som är en del av det isolerande materialet. Lätt att tillverka, det öppnar nya möjligheter för elektronik baserad på övergångsmetalloxider (SrTiO 3 familj), dra nytta av dessa materials stora utbud av fysikaliska egenskaper (supraledning, magnetism, termoelektricitet, etc.) för att integrera ett antal olika funktioner i en enda mikroelektronisk anordning. Ett papper som förklarar denna oväntade upptäckt, som härrör från forskning vid SOLEIL synkrotron, publicerades den 13 januari, 2011 års nummer av Natur tidskrift.
Dagens mikroelektroniska komponenter består av lager av halvledare på ett kiselsubstrat. För att upprätthålla takten med periodiska uppgraderingar av prestanda för mikroelektroniska enheter efter 2020, alternativa tekniska lösningar undersöks. Forskare vänder sig alltmer mot övergångsmetalloxider, som erbjuder lovande fysikaliska egenskaper som supraledning, magnetomotstånd, termoelektricitet, multiferroicitet och fotokatalytisk kapacitet.
Inom denna familj av material, strontiumtitanat (SrTiO 3 ) har varit föremål för omfattande forskning. Detta isolerande material blir en bra ledare när det är dopat, till exempel genom att skapa ett fåtal ytvakanser. Gränssnitten mellan SrTiO3 och andra oxider (LaTiO3 eller LaAlO3) är ledande, även om de två materialen är isolatorer. Dessutom, de erbjuder egenskaper som supraledning, magnetresistans och termoelektricitet, med mycket bra prestanda vid rumstemperatur. Problemet, dock, är att gränssnitt mellan oxider är mycket svåra att framställa.
Nu har en oväntad upptäckt sprungit igenom denna tekniska barriär. Ett internationellt team ledd av forskare vid CNRS och Université Paris-Sud 11 har producerat en tvådimensionell metallisk elektrongas (2DEG) på ytan av SrTiO 3 . Detta ledande skikt, cirka två nanometer tjock, erhölls genom att vakuumklyva en bit strontiumtitanat, en mycket enkel och ekonomisk process. Beståndsdelarna i SrTiO 3 finns naturresurser tillgängliga i stora mängder, och föreningen är ogiftig, till skillnad från de material som idag används mest inom mikroelektronik (vismuttellurider). Dessutom, 2DEG kan troligen skapas på ytan av andra övergångsmetalloxider med en liknande teknik.
Upptäckten av ett ledande skikt av denna typ (som inte kräver tillsats av ett skikt av ett annat material) är ett betydande steg framåt för oxidbaserad mikroelektronik. Det skulle kunna göra det möjligt att kombinera de inneboende multifunktionella egenskaperna hos övergångsmetalloxider med de hos den tvådimensionella metallen på deras yta. Möjliga utvecklingar skulle kunna inkludera kopplingen av en ferroelektrisk oxid med elektrongasen på dess yta för att producera icke-flyktiga minnen, eller införandet av transparenta kretsar på ytan av solceller eller pekskärmar.
2DEG på ytan av strontiumtitanat identifierades och studerades i experiment med vinkelupplöst fotoemissionsspektroskopi (ARPES) vid SOLEIL-synkrotronen i Saint-Aubin, Frankrike, och Synchrotron Radiation Center vid University of Wisconsin, USA.
