A oxidação do metal é aproveitada em muitas aplicações industriais. Os pesquisadores da KAUST modelaram a fronteira entre dois óxidos de metal para revelar suas propriedades metálicas, o que poderia levar a aplicações positivas em eletrônica.
Nossa familiaridade com a ferrugem, que ocorre através da oxidação do ferro para torná-lo escamoso e fraco, significa que geralmente consideramos a oxidação de metais prejudicial. Mas alguns óxidos de metal são úteis. Por exemplo, eles têm um grande potencial em eletrônica porque podem ser transparentes e flexíveis. Eles podem exibir propriedades magnéticas, que abre a porta para o alto desempenho, memórias de computador ultrarrápidas. Eles podem ser sensíveis ao seu ambiente, tornando-os úteis para sensores de gás.
Recentemente, o potencial do monóxido de estanho semicondutor (SnO) para aplicações eletrônicas foi revelado quando os cientistas da KAUST determinaram uma alta mobilidade recorde, que se refere à facilidade com que uma partícula portadora de carga pode viajar através do material. Nesse caso, os portadores de carga não eram elétrons, mas buracos. Os buracos se comportam de maneira muito semelhante aos elétrons, mas eles carregam uma carga elétrica positiva em vez de negativa.
Obter monóxido de estanho puro é desafiador porque o processo de fabricação geralmente também cria dióxido de estanho (SnO2). Em geral, a interface entre dois óxidos pode hospedar uma grande variedade de física exótica, da supercondutividade à ferroeletricidade, ao passo que as propriedades da interface entre o monóxido de estanho e o dióxido de estanho são amplamente desconhecidas.
Arwa Albar, agora um professor assistente na King Abdulaziz University, fez este trabalho como parte de seu doutorado. estudos na KAUST, junto com Hassan Ali Tahini e seu supervisor, Udo Schwingenschlögl. Os cientistas modelaram teoricamente a fronteira entre os dois óxidos usando a chamada teoria do funcional da densidade. Com essa técnica, eles foram capazes de determinar a densidade da carga elétrica na interface para diferentes arranjos atômicos. Eles mostraram que a fronteira pode suportar buracos que se movem livremente no que é conhecido como gás quântico, o que dá à interface um caráter metálico.
"O novo modelo prevê com precisão a quantidade de carga na interface, "confirma Albar.
Gases quânticos já foram identificados em interfaces de óxido em outros sistemas de materiais. Eles podem surgir devido a uma descontinuidade na carga entre dois materiais.
"A formação do gás quântico é explicada por um mecanismo conhecido como catástrofe polar, em que os elétrons se organizam para evitar uma divergência no potencial eletrostático, "diz Schwingenschlögl. O que é incomum sobre a interface de monóxido de estanho-dióxido é que ela carece de tal descontinuidade na carga." a quantidade de carga por área de interface é diferente nos dois lados da interface, "explica Schwingenschlögl." Chamamos isso de 'descontinuidade de densidade de carga' em vez da convencional 'descontinuidade de carga'. "
A equipe prevê que esse mesmo fenômeno também pode ocorrer em outras combinações de materiais. “Será necessário investigar como as propriedades do gás quântico podem ser controladas, "diz Schwingenschlögl.
