Forskare har utvecklat ett nytt vattenlösligt offerlager, "super-tectragonal" Sr4 Al2 O7 (SAOT ), med bred avstämbarhet i gitterkonstanter, som kan användas för att framställa fristående oxidmembran av hög kvalitet. Deras arbete publiceras i Science .
Ett fristående oxidmembran är en typ av lågdimensionellt kvantmaterial som bibehåller enkristallegenskaper även efter att substratet har tagits bort, och som har både de kopplade egenskaperna hos flera frihetsgrader i korrelerade elektronsystem och den strukturella flexibiliteten hos tvådimensionella material. Dess unika egenskaper som superelasticitet erbjuder potentialen att framkalla nya kvanthärledda fenomen och utveckla ultratunna flexibla elektroniska enheter.
Emellertid utlöser den felaktiga spänningsrelaxationen mellan det vattenlösliga offerskiktet och oxidmembranet bildandet av högdensitetssprickor under den vattenassisterade exfolieringen av det fristående oxidmembranet, vilket äventyrar kristalliniteten och integriteten hos det nuvarande fristående oxidmembranet. Hur man undertrycker sprickbildningen och erhåller storarea, mycket kristallina fristående oxidmembran är fortfarande en utmaning.
För att ta itu med problemet grävde teamet ner i det pulserade laseravsättningstillväxtfönstret för Sr-Al-O (SAO)-baserat vattenlösligt offerlager och upptäckte en tidigare okänd Sr4 Al2 O7 film, som uppvisar extraordinära egenskaper.
Den biaxiellt ansträngda Sr4 Al2 O7 film har en tetragonal strukturell symmetri, vilket möjliggör en sammanhängande tillväxt av högkvalitativ ABO3 /SAOT epitaxiella heterostrukturer, som undertrycker sprickbildningen under vattenassisterad frisättning och därmed förbättrar kristalliniteten och integriteten hos det fristående oxidmembranet.
Teamet verifierade också exfolieringseffekten av perovskitoxidfilmer med ett brett gitterkonstantområde (3,85 till 4,04 Å) och avslöjade att de sprickfria områdena av det fristående oxidmembranet frigjordes från Sr4 Al2 O7 offerskiktet kan sträcka sig upp till några millimeter i skala, vilket är 1–3 storleksordningar större än tidigare fristående oxidmembran. Dessutom är kristalliniteten och funktionaliteterna hos teamets fristående oxidmembran jämförbara med de epitaxiella membranen som odlas på enkristallina substrat.
Dessutom upptäckte teamet att den unika strukturen hos Sr4 Al2 O7 resulterar i hög vattenlöslighet, vilket avsevärt minskar tiden för vattenunderstödda frisättningsprocesser och förbättrar effektiviteten hos fristående oxidmembran.
Denna upptäckt är ett genombrott för att förbättra integriteten och kristalliniteten hos fristående oxidmembran, vilket kan förbättra deras tillämpningspotential i lågdimensionella flexibla elektroniska enheter. Recensenter lovordar detta arbete mycket och säger att "(det här arbetet) har potential att ha en bred inverkan på oxidelektronik ur flera perspektiv."
Forskargruppen leddes av Prof. Wu Wenbing och Prof. Wang Linfei från University of Science and Technology i Kina, i samarbete med Prof. Si Liangs team från Northwest University.
Mer information: Jinfeng Zhang et al, Super-tetragonal Sr4 Al2 O7 som ett offerlager för fristående oxidmembran med hög integritet, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi6620
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av University of Science and Technology i Kina
