In de afgelopen jaren heeft LaAlO₃ /SrTiO₃ interface blijkt een ideale gastheer te zijn voor tweedimensionaal elektronengas (2DEG). Dergelijke heterostructuren hebben de afgelopen jaren veel belangstelling getrokken vanwege hun verschillende fascinerende eigenschappen, zoals hoge elektronenmobiliteit, supergeleiding en afstembaar spin-baankoppelingseffect.

Het drijvende fysieke mechanisme achter zo'n fancy effect zit echter nog steeds in de schulden. De meest gebruikelijke theorie voor de vorming van 2DEG is het zogenaamde "polaire catastrofe"-model, waarbij 2DEG wordt toegeschreven aan de polaire discontinuïteit tussen de twee materialen. Maar recente rapporten van 2DEG op SrTiO₃ kale oppervlak onthulde het belang van zuurstofvacatures in het 2DEG-vormingsproces, terwijl die defecten op het begraven grensvlak buiten het toepasselijke bereik van traditionele karakteriseringsmethoden vallen.

De auteurs van dit artikel behandelen een van de meest besproken raadsels in SrTiO₃ (STO) gebaseerde heterostructuren:de tegenstrijdige grootte van de elektronendichtheid van de 2DEG in experimenten en het zogenaamde "polaire catastrofe"-model. Deze conclusie is gebaseerd op de lokale en in de tijd opgeloste foto-emissiestudie van de invloed van zuurstofvacatures voor de 2DEG van op STO gebaseerde heterostructuren.

Meer in detail slaagden ze erin de dichtheid van het 2D-elektronengas (2DEG) van de LaAlO₃ /SrTiO₃ interface door Ti-Sr anti-site defecten te genereren in de SrTiO₃ laag die gelokaliseerde nano-regio's creëren in de begraven interface. Met behulp van in de tijd opgeloste en energie-opgeloste foto-emissie-elektronenmicroscopie leveren ze substantieel bewijs dat zuurstofvacatures worden geïnduceerd in de buurt van die polaire locaties, wat resulteert in een verhoogde dragerdichtheid van de 2DEG. Cruciaal is dat de relatieve sterkte van deze elektronenbronnen direct gekoppeld is aan de zuurstofvacatures op het grensvlak, wat een unieke mogelijkheid biedt om de 2DEG van dergelijke halfgeleiderheterostructuren te regelen. Hun resultaten bewijzen dat de elektronendichtheid van het 2D-elektronengas wordt toegeschreven aan meer dan één mechanisme, wat dus het naast elkaar bestaan ​​van verschillende elektronenbronnen op de LaAlO₃ onthult. /SrTiO₃ interface.

Een dergelijke bevinding zal de basis leggen voor het promoten van de implementatie van nieuwe elektronische apparaten op basis van SrTiO₃ -gerelateerde 2DEG. Met name de ontwerprichtlijnen om de elektronendichtheid van 2DEG's van polaire-niet-polaire interfaces te regelen, zullen de weg vrijmaken voor het verkennen van meer exotische fenomenen van de 2DEG in apparaatconcepten zoals supergeleiding of magnetisme van 2DEG.

Nieuwe 2D-supergeleider vormt zich bij hogere temperaturen dan ooit tevoren