Penn Staten materiaalitutkijat ovat saattaneet kompleksiset oksidikalvot kaupallisen mahdollisuuksien ulottuville. Monimutkaiset oksidit koostuvat tyypillisesti hapesta ja vähintään kahdesta muusta eri alkuaineesta. Kiteisessä muodossaan ja riippuen aineiden yhdistelmästä näillä monimutkaisilla oksideilla on suuri joukko erilaisia toiminnallisia ominaisuuksia.
Professori Roman Engel-Herbertin tutkimusryhmä on erikoistunut perovskiittioksideihin. Tämän materiaalin kiderakenne sisältää kaksi positiivisesti varautunutta ionia, jotka voidaan korvata lähes kaikilla jaksollisen taulukon alkuaineilla, jotka muodostavat positiivisesti varautuneita ioneja.
Erilaisilla atomien korvauksilla tutkijat voivat tuottaa haluamansa ominaisuudet, kuten magnetismin, ferrosähköisyyden, pyro- ja pietsosähköisyyden sekä kyvyn tunnistaa ja reagoida lämpöön ja muuttaa sähköä mekaaniseksi liikkeeksi tai päinvastaiseksi ja jopa suprajohtavuus.
Tähän saakka näiden materiaalien käyttöä elektroniikan ja antureiden ohutkalvoina on estänyt hyvin hidas kasvatus sekä se, että ei ole löydetty kaupallisesti kannattavaa integrointistrategiaa yhdistää nämä toiminnalliset oksidit nykyiseen puolijohdeteknologiaan skaalautuvalla ja kaupallisesti kannattavalla tavalla.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi Engel-Herbertin ryhmä kasvattaa paksuja kompleksisia oksidikerroksia piikiekon päälle. Tämä paksu kerros, jota kutsutaan "virtuaaliseksi substraatiksi", on rakenteellisesti ja kemiallisesti yhteensopiva kohteena olevan kompleksisen oksidin ohutkalvokerroksen kanssa. Se siis jäljittelee todellisen bulkkioksidisubstraatin toimintaa.
Tutkijaryhmän läpimurto osoittaa, että nyt kasvatusnopeus voidaan leikata useista tunneista muutamaan minuuttiin. Samalla prosessissa säilytetään täydellisesti materiaalin laadunhallinta.
Kalifornian yliopiston Irvinen yksikön ja kumppaneiden materiaalitieteilijät esittelevät puolestaan uuden menetelmän oksidiperovskiittikiteiden tuottamiseksi joustavina, kaksiulotteisina kerroksina.
Suurin osa tunnetuista 2D-materiaaleista voidaan syntetisoida kuorinnalla tai kemiallisella kerrostuksella, koska niiden massakiteet koostuvat kerroksellisista rakenteista, joissa lukuisia vahvoja kovalenttisesti sitoutuneita tasoja pitävät yhdessä heikot van der Waalsin vuorovaikutukset.
Perovskiittisia oksideja on kuitenkin vaikea saada yksittäisiksi tasaisiksi kerroksiksi, koska massakiteellä on vahva kolmiulotteinen kiderakenne.
- Kun otetaan huomioon oksidiperovskiittien erinomaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ja uudet ilmiöt, jotka syntyvät yksikerrosrajalla, tämä työ avaa uusia mahdollisuuksia kvanttikäyttäytymisen tutkimiseksi vahvasti korreloiduissa kaksiulotteisissa materiaaleissa, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 26.6.2019
