Franse onderzoekers zijn erin geslaagd een geleidende laag op het oppervlak van strontiumtitanaat (SrTiO ₃ ), een transparant isolatiemateriaal dat als veelbelovend wordt beschouwd voor de ontwikkeling van toekomstige micro-elektronicatoepassingen. Twee nanometer dik, deze geleidende laag is een tweedimensionaal metallisch elektronengas (2DEG) dat deel uitmaakt van het isolatiemateriaal. Makkelijk te produceren, het opent nieuwe mogelijkheden voor elektronica op basis van overgangsmetaaloxiden (de SrTiO ₃ familie), profiteren van het enorme scala aan fysieke eigenschappen van deze materialen (supergeleiding, magnetisme, thermo-elektriciteit, enz.) om een ​​aantal verschillende functies in een enkel micro-elektronisch apparaat te integreren. Een paper waarin deze onverwachte ontdekking wordt uitgelegd, voortkomend uit onderzoek aan de SOLEIL synchrotron, werd gepubliceerd op 13 januari uitgave van 2011 Natuur tijdschrift.

De huidige micro-elektronische componenten bestaan ​​uit lagen halfgeleiders op een siliciumsubstraat. Om het tempo van periodieke upgrades in de prestaties van micro-elektronische apparaten na 2020 te handhaven, alternatieve technologische oplossingen worden onderzocht. Onderzoekers richten hun aandacht steeds meer op overgangsmetaaloxiden, die veelbelovende fysische eigenschappen bieden zoals supergeleiding, magnetoweerstand, thermo-elektriciteit, multiferroiciteit en fotokatalytische capaciteit.

Binnen deze familie van materialen, strontiumtitanaat (SrTiO ₃ ) is het onderwerp geweest van uitgebreid onderzoek. Dit isolatiemateriaal wordt een goede geleider wanneer het wordt gedoteerd, bijvoorbeeld door een paar zuurstofvacatures aan het oppervlak te creëren. De interfaces tussen SrTiO3 en andere oxiden (LaTiO3 of LaAlO3) zijn geleidend, ook al zijn de twee materialen isolatoren. Bovendien, ze bieden eigenschappen zoals supergeleiding, magnetoweerstand en thermo-elektriciteit, met zeer goede prestaties bij kamertemperatuur. Het probleem, echter, is dat grensvlakken tussen oxiden erg moeilijk te produceren zijn.

Nu is er een onverwachte ontdekking door deze technologische barrière gebarsten. Een internationaal team onder leiding van onderzoekers van CNRS en Université Paris-Sud 11 heeft een tweedimensionaal metallisch elektronengas (2DEG) geproduceerd op het oppervlak van SrTiO ₃ . Deze geleidende laag, ongeveer twee nanometer dik, werd verkregen door een stuk strontiumtitanaat vacuüm te splijten, een zeer eenvoudig en economisch proces. De samenstellende elementen van SrTiO ₃ zijn natuurlijke hulpbronnen in grote hoeveelheden beschikbaar, en de verbinding is niet giftig, in tegenstelling tot de materialen die tegenwoordig het meest worden gebruikt in de micro-elektronica (bismuttelluriden). In aanvulling, 2DEG's kunnen waarschijnlijk worden gemaakt op het oppervlak van andere overgangsmetaaloxiden met behulp van een vergelijkbare techniek.

De ontdekking van een geleidende laag van dit type (waarbij geen laag van een ander materiaal nodig is) is een belangrijke stap voorwaarts voor op oxide gebaseerde micro-elektronica. Het zou het mogelijk kunnen maken om de intrinsieke multifunctionele eigenschappen van overgangsmetaaloxiden te combineren met die van het tweedimensionale metaal op hun oppervlak. Mogelijke ontwikkelingen zijn onder meer de koppeling van een ferro-elektrisch oxide met het elektronengas op het oppervlak om niet-vluchtige geheugens te produceren, of de opname van transparante circuits op het oppervlak van zonnecellen of aanraakschermen.

De 2DEG op het oppervlak van strontiumtitanaat werd geïdentificeerd en bestudeerd in experimenten met behulp van hoek-opgeloste foto-emissiespectroscopie (ARPES) aan de SOLEIL-synchrotron in Saint-Aubin, Frankrijk, en het Synchrotron Radiation Center aan de Universiteit van Wisconsin, VS.