Ученые обнаружили новый способ управления электрическим током - «Наука и технологии»

Изменяя состав ультратонких слоев, состоящих из окисей различных металлов, которые в обычном состоянии не проводят электрический ток, ученые из Тихоокеанской северо-западной Национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory) продемонстрировали абсолютно новый метод управления электрическим током, который течет на границе контакта двух слоев материала. Данная работа является существенным достижением в деле разработки тонкопленочной электроники, электроники, состоящей из тонких слоев материалов, свойства которых можно изменять в достаточно широких пределах.

Материалы, требующиеся для производства электронных устройств следующего поколения, включая мобильные телефоны и портативные компьютеры, должны будут сохранять все их свойства даже с учетом очень малых размеров изготовленных из них компонентов. Помимо этого, компоненты из новых материалов должны обеспечивать гораздо больший уровень энергосбережения, нежели это возможно с материалами, используемыми в нынешнее время.

Сверхтонкие слои окиси неодима-титана (NdTiO3) и окиси титана-стронция (SrTiO3) были осаждены на основание при помощи ионных лучей, состоящих из ионов титана, стронция и кислорода. Весь этот процесс проводился в условиях очень глубокого вакуума. Подложка была изготовлена из специального прозрачного кристаллического материала, структура которого обеспечивала необходимый порядок кристаллизации осаждаемых компонентов. А высокая точность управления ионными лучами обеспечила создание структуры многослойного материала с точностью до отдельных его атомов.

После создания материала исследователи произвели подробные измерения всех его доступных характеристик и параметров. Кроме этого, некоторые из использованных методов, в частности рентгеновская фотоэлектронная спектрография (x-ray photoelectron spectra, XPS), для анализа полученных при их помощи данных потребовали расчетов сложнейших математических моделей. Эти математические модели обеспечили ученых данными о том, как изменения в составе слоев материала, условия выращивания пленок и условия окружающей среды влияют на электронные свойства ионов титана и, как следствие, многослойного материала в целом.

Результаты, полученные ученым, достаточно уникальны, ведь свойства, которые демонстрирует многослойный материал, не наблюдается ни у одного материала естественного происхождения. Этот материал можно рассматривать как своего рода двухмерный электронный "газ", концентрация носителей заряда в котором достаточно легко поддается управлению. А обладая такими знаниями, исследователи без особых затруднений смогут спроектировать материалы в необходимой концентрацией и высокой подвижностью носителей заряда различной природы, из которых можно будет производить сверхминиатюрные транзисторы следующего поколения.

Следующим шагом, который намерены сделать ученые, станет точное определение структуры границы между слоями NdTiO3 и SrTiO3. Ведь именно на этой границе и возникают все необычные эффекты, которые определяют плотность свободных электронов, их подвижность и другие параметры материала.