NUS-natuurkundigen hebben een methodologie ontwikkeld om de elektromigratie van zuurstofatomen in de begraven grensvlakken van complexe oxidematerialen te beheersen voor het construeren van oxide-heterostructuren met hoge mobiliteit.

Oxide heterostructuren, die zijn samengesteld uit lagen van verschillende oxidematerialen, vertonen unieke fysische eigenschappen op hun grensvlakken die gewoonlijk niet bestaan ​​in hun moederverbindingen. Een voorbeeld is de interface bestaande uit een isolerende film van lanthaanaluminaat (LaAlO ₃ , afgekort als LAO) op isolerend strontiumtitanaat eenkristal (SrTiO ₃ , afgekort als STO). Deze interface toont verschillende unieke materiaaleigenschappen, zoals geleidbaarheid, magnetisme en tweedimensionale supergeleiding, die niet worden waargenomen in hun bulkvorm. Het is bekend dat zuurstoftekorten in STO een belangrijke rol spelen bij het beïnvloeden van deze eigenschappen, in het bijzonder voor interfaces die bij kamertemperatuur kunnen worden gesynthetiseerd. Echter, de onderliggende mechanismen die deze opkomende eigenschappen beïnvloeden door de zuurstofvacatures op het grensvlak van de twee verschillende materialen is nog steeds onduidelijk.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Ariando van het departement Natuurkunde, en het Nanoscience and Nanotechnology Initiative (NUSNNI), NUS heeft een nieuwe en unieke techniek ontwikkeld op basis van het elektrolytveldeffect om de zuurstofleegstandconcentratie op het grensvlak van LAO/STO-heterostructuren te regelen. Ze ontdekten dat er een verbetering is in de elektronenmobiliteit van de heterostructuur wanneer zuurstofvacatures aan het oxide-interface bezet (opgevuld) worden. Dit effect kan mogelijk worden gebruikt om hoogwaardige halfgeleiderapparaten te construeren.

De onderzoekers gebruikten een elektrolyt als het diëlektrische materiaal op de LAO/STO-heterostructuur en legden er een negatieve spanning op. Dit creëert een sterk elektrisch veld dat ervoor zorgt dat de zuurstofatomen in de LAO-laag migreren naar de zuurstofarme STO op het grensvlak. De concentratie van zuurstofvacatures aan de STO-interface wordt verminderd en dit verandert de energiebandstructuur van de heterostructuur, verbetering van de elektronenmobiliteit. In deze experimentele opstelling de amorfe LAO-oppervlaktelaag werkt als een barrière, voorkomen dat er chemische reacties optreden tussen het monsteroppervlak en de elektrolyt.

Prof Ariando zei:"Onze bevinding biedt verdere aanwijzingen om het mechanisme van het elektrolytveldeffect te begrijpen, en opent een nieuwe weg voor het bouwen van oxide-interfaces met hoge mobiliteit die bij kamertemperatuur kunnen worden gesynthetiseerd."