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    Migração de oxigênio na interface de heteroestrutura

    (Esquerda) Ilustração esquemática da operação do dispositivo de efeito de campo do eletrólito LAO / STO. A presença de alto campo elétrico impulsiona a migração de átomos de oxigênio (O) para a camada STO para preencher algumas das vagas (VO). (À direita) Diagramas de banda esquemáticos das interfaces LAO / STO mostrando a mudança nas estruturas de banda de energia interfacial como resultado do efeito de campo de eletrólito. Crédito:Cartas de Revisão Física

    Os físicos do NUS desenvolveram uma metodologia para controlar a eletromigração de átomos de oxigênio nas interfaces enterradas de materiais de óxidos complexos para a construção de heteroestruturas de óxidos de alta mobilidade.

    Heteroestruturas de óxido, que são compostos por camadas de diferentes materiais de óxido, exibem propriedades físicas únicas em suas interfaces que geralmente não existem em seus compostos originais. Um exemplo é a interface que compreende uma película isolante de aluminato de lantânio (LaAlO 3 , abreviado como LAO) em cristal único isolante de titanato de estrôncio (SrTiO 3 , abreviado como STO). Esta interface mostra várias propriedades únicas de materiais, como condutividade, magnetismo e supercondutividade bidimensional, que não são observados em suas formas a granel. As vacâncias de oxigênio em STO são conhecidas por desempenhar um papel importante em influenciar essas propriedades, particularmente para interfaces que podem ser sintetizadas à temperatura ambiente. Contudo, os mecanismos subjacentes que influenciam essas propriedades emergentes pelas lacunas de oxigênio na interface dos dois materiais diferentes ainda não estão claros.

    Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof Ariando do Departamento de Física, e a Iniciativa de Nanociência e Nanotecnologia (NUSNNI), A NUS desenvolveu uma técnica nova e exclusiva baseada no efeito de campo eletrolítico para controlar a concentração de vacância de oxigênio na interface das heteroestruturas LAO / STO. Eles descobriram que há um aumento na mobilidade de elétrons da heteroestrutura quando as lacunas de oxigênio na interface de óxido são ocupadas (preenchidas). Este efeito pode ser potencialmente usado para construir dispositivos semicondutores de alto desempenho.

    Os pesquisadores usaram um eletrólito como material dielétrico na heteroestrutura LAO / STO e aplicaram uma tensão negativa a ele. Isso cria um forte campo elétrico que faz com que os átomos de oxigênio na camada LAO migrem para o STO deficiente em oxigênio na região de interface. A concentração de vacâncias de oxigênio na interface STO é reduzida e isso muda a estrutura da banda de energia da heteroestrutura, aumentando a mobilidade do elétron. Nesta configuração experimental, a camada de superfície amorfa LAO atua como uma barreira, evitar que reações químicas ocorram entre a superfície da amostra e o eletrólito.

    O professor Ariando disse, "Nossa descoberta fornece mais pistas para entender o mecanismo do efeito do campo eletrolítico, e abre um novo caminho para a construção de interfaces de óxido de alta mobilidade que podem ser sintetizadas à temperatura ambiente. "

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