Постоянно сжимающиеся электронные устройства могут быть уменьшены до атомных размеров с помощью оксидов переходных металлов, класса материалов, которые, кажется, обладают всем: сверхпроводимостью, магнитосопротивлением и другими экзотическими свойствами. Эти возможности побудили ученых понять все об этих материалах и найти новые способы управления их свойствами на самых фундаментальных уровнях.
В команду исследователей, опубликовавших свои выводы в Интернете 6 апреля в журнале Nature Nanotechnology (который будет опубликован в майском выпуске журнала), входят ведущий исследователь Кайл Шен, доцент физики; первый автор Фил Кинг, недавний научный сотрудник Кавли в Корнелле, сейчас работает на факультете Университета Сент-Эндрюс; Даррелл Шлом, профессор промышленной химии Герберта Фиска Джонсона; и соавторы Хаофэй Вэй, Юэфэн Ни, Масаки Учида, Каролина Адамо и Шабо Чжу, а также Си Хэ и Иван Божович.Используя чрезвычайно точную технику выращивания, называемую молекулярно-лучевой эпитаксией (MBE), Кинг синтезировал атомарно тонкие образцы никелата лантана и обнаружил, что материал резко превращается из металла в изолятор, когда его толщина уменьшается до менее 1 нанометра. Когда этот порог превышен, его проводимость — способность электронов проходить через материал — отключается, как свет, что может оказаться полезным в наноразмерных переключателях или транзисторах, сказал Шен.
Используя единственную в своем роде систему в Корнелле, которая объединяет рост пленки МЛЭ с техникой, называемой фотоэмиссионной спектроскопией с угловым разрешением (ARPES), Кинг и его коллеги составили карту того, как движения и взаимодействия электронов в материале изменяются в этом направлении. порог, варьируя толщину их оксидных пленок атом за атомом. Они обнаружили, что, когда пленки имели толщину менее 3 атомов никеля, электроны образовывали необычный наноразмерный порядок, похожий на шахматную доску.Результаты демонстрируют способность управлять электронными свойствами экзотических оксидов переходных металлов в нанометровом масштабе, а также выявляют поразительные кооперативные взаимодействия, которые определяют поведение электронов в этих ультратонких материалах.
Их открытие открывает путь для создания новых электронных устройств из оксидов.