Os físicos do NUS desenvolveram uma nova metodologia para determinar o impacto dos efeitos da triagem na mobilidade do portador de carga na interface de estruturas materiais complexas.

Heteroestruturas de óxido, que são compostos por camadas de diferentes materiais de óxido, exibem propriedades físicas únicas em suas interfaces (junção entre dois materiais óxidos). Essas propriedades não existem em seus compostos originais. Um exemplo é a heteroestrutura de óxido que compreende uma película de aluminato de lantânio (LaAlO ₃ ) em titanato de estrôncio (SrTiO ₃ ) que podem apresentar propriedades isolantes e condutivas, dependendo da espessura do filme. Quando o LaAlO ₃ a espessura do filme é aumentada e torna-se 4 células unitárias (~ 20 nm) ou mais, as propriedades do material na interface mudam abruptamente de isolantes elétricos para condutores elétricos (metálicos) com alta mobilidade de elétrons (a velocidade do fluxo de elétrons). Contudo, há compreensão limitada sobre o mecanismo dessa alta mobilidade de elétrons e os parâmetros físicos que influenciam esse comportamento incomum.

A equipe de pesquisa co-liderada pelo Prof Andrivo RUSYDI e Prof ARIANDO, ambos do Departamento de Física e Nanociência e Instituto de Nanotecnologia (NUSNNI) NanoCore, A NUS desenvolveu uma nova metodologia envolvendo uma combinação de técnicas de medição avançadas (elipsometria espectroscópica, espectroscopia de absorção de raios-X suave baseada em síncrotron e medições de transporte de carga) para determinar a influência de cargas localizadas na mobilidade de elétrons na interface de óxido. Essas cargas localizadas podem proteger (ou "proteger") os elétrons de forma que eles não se "vejam", reduzindo significativamente a repulsão coulomb entre eles. Rastrear a repulsão coulombiana ajuda a reduzir os efeitos de correlação entre os elétrons. Isso é conhecido como "efeito de proteção" e permite que os elétrons na interface viajem com maior mobilidade. O novo método desenvolvido pela equipe de pesquisa NUS permitiu-lhes detectar elétrons selecionados e não selecionados, assim, lançando luz sobre como eles ditam as propriedades eletrônicas de uma heteroestrutura complexa de óxido, particularmente em uma interface enterrada.

Os pesquisadores envolvidos nesta equipe aplicaram este método a uma heteroestrutura de óxido composta de tantalato de alumínio e estrôncio de lantânio ((La _0,3 Sr _0,7 ) (Al _0,65 Ta _0,35 ) O ₃ (LSAT) e SrTiO ₃ . Eles descobriram a presença de um novo estado midgap povoado por cargas localizadas (que são transferidas da superfície do LSAT) na interface. Um estado midgap é um estado que ocorre dentro do gap óptico. Interessantemente, eles descobriram que esse estado midgap é responsável por determinar as propriedades de transporte da interface. Quando há mais cobranças localizadas na interface, os elétrons móveis são ainda protegidos daqueles no material a granel circundante. Isso aumenta significativamente a mobilidade do elétron da interface.

Os pesquisadores também descobriram que a mobilidade do elétron aumenta com a espessura da camada LSAT e está associada a um aumento no estado midgap (com cargas mais localizadas). O efeito de blindagem eletrônica desempenha um papel dominante na mobilidade do elétron na interface, o que, neste caso, resultou em um aumento da mobilidade do elétron em mais de 25 vezes.

Prof Rusydi disse, "Nossa descoberta mostra a importância do efeito de triagem eletrônica na determinação da mobilidade de elétrons na interface de heteroestruturas de óxido complexas. As técnicas experimentais desenvolvidas fornecem uma nova metodologia para estudar as propriedades de uma interface de material enterrado. Com esses novos insights, os cientistas de materiais podem desenvolver materiais avançados com propriedades exclusivas para novas funcionalidades do dispositivo. "