När vår livsstil fastnar i flexibel elektronik, smarta enheter, artificiell intelligens, internet of things, etc., blir högpresterande, elektroniska komponenter som kan utföra höghastighetsdatainsamling, bearbetning och exekvering en nödvändighet. Vissa perovskiter är kristallstrukturer som kan vara lovande alternativ till kiselbaserade komponenter för nästa generations elektroniska applikationer. Deras kubliknande gitter gör dem idealiska för användning som bas för odling av oxidfilmer för att bilda heterostrukturer med unika elektriska egenskaper. Egenskaperna hos dessa heterostrukturer beror på laddningsöverföringen i gränsytskiktet mellan perovskitsubstratet och oxidöverskiktet. Denna laddningsöverföring kan manipuleras via antingen dopning eller genom tillverkningsprocessen.

Nu använder forskare från Korea, ledda av prof. Bongjin Simon Mun från Gwangju Institute of Science and Technology, omgivande tryck röntgenfotoelektronspektroskopi (AP-XPS) och lågenergielektrondiffraktion (LEED) för att undersöka hur tillverkningsförhållandena (glödgning i en syrerik miljö och en syrebrist, lågtrycksmiljö) för ett visst perovskitmaterial, SrTiO₃ -ett av de mest populära substraten för odling av oxidfilmer - påverkar dess odopade yta och det resulterande gränsskiktet av heterostrukturen.

Genom att använda en odopad yta ville forskarna undersöka de förändringar som sker på ytan av substratet utan störningar från dopämnena. "Närvaron av dopning kan störa korrekt tolkning av ytdefekttillstånden, vilket kan vara avgörande för att förstå de elektriska egenskaperna hos heterostrukturer. Vår studie om odopad SrTiO₃ ger opartiska egenskaper hos SrTiO₃  substrat", säger Prof. Mun. Deras resultat gjordes tillgängliga online den 16 september 2021 och publicerades i Journal of Materials Chemistry C.

I syremiljön bildades ett elektronutarmningsskikt när Sr-atomerna i substratet migrerade till filmens yta för att reagera med syre och bilda ett stabilt oxidskikt. I lågtryckssyrebristmiljön begränsades bildandet av ett sådant utarmningsskikt eftersom oxidskiktet bildades på grund av reduktionen av TiO₂ lager som genererade elektroner.

I båda miljöerna bildades ett liknande oxidskikt, men strukturens elektroniska egenskaper skilde sig eftersom elektronutarmningsskiktet är nyckeln till strukturens konduktivitet. "Vårt arbete visar tydligt hur de elektriska egenskaperna hos enheter kan ställas in genom att justera populationen av elektroner nära ytområdet, vilket är ett mycket grundläggande och viktigt resultat som indikerar att framtida elektroniska enheter kan realiseras med materialkarakterisering på atomnivå." säger prof Mun. "På lång sikt, vår studie om SrTiO₃ kommer att lägga en solid grund för avancerade elektroniska enheter som kommer att möjliggöra en bättre livsstil för oss." + Utforska vidare

Syremigrering vid heterostrukturgränssnittet