Uma equipe de pesquisa liderada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) desenvolveu uma técnica que pode levar a novos materiais eletrônicos que ultrapassam as limitações impostas pela Lei de Moore, que previu em 1975 que o número de transistores embalados em um minúsculo chip de computador baseado em silício dobraria a cada dois anos. Suas descobertas foram relatadas no jornal Nature Communications .

Na busca por novos materiais com potencial para superar o silício, os cientistas queriam tirar proveito das propriedades eletrônicas incomuns dos dispositivos 2-D chamados heteroestruturas de óxido, que consistem em camadas atomicamente finas de materiais contendo oxigênio.

Os cientistas sabem há muito tempo que os materiais óxidos, por conta deles, são tipicamente isolantes - o que significa que não são eletricamente condutores. Quando dois materiais de óxido são colocados em camadas para formar uma heteroestrutura, novas propriedades eletrônicas, como supercondutividade - o estado em que um material pode conduzir eletricidade sem resistência, normalmente a centenas de graus abaixo de zero - e o magnetismo de alguma forma se forma em sua interface, que é a junção onde dois materiais se encontram. Mas muito pouco se sabe sobre como controlar esses estados eletrônicos porque poucas técnicas podem sondar abaixo da interface.

Agora, a equipe liderada pelo Berkeley Lab - dirigida por Alessandra Lanzara, um cientista sênior do corpo docente da Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório de Berkeley e professor de física da UC Berkeley - demonstrou uma técnica que lança luz sobre a produção de novos estados exóticos, como a supercondutividade de heteroestruturas de óxidos atomicamente finos.

Na fonte de luz avançada do Berkeley Lab, os pesquisadores usaram uma técnica especial chamada espectroscopia de fotoemissão de ângulo resolvido (ARPES) para medir diretamente a estrutura eletrônica dos elétrons confinados entre as camadas de uma heteroestrutura de titanato de estrôncio / titanato de samário.

Sondando a uma profundidade de aproximadamente 1 nanômetro (um bilionésimo de um metro) dentro da amostra, os pesquisadores descobriram duas propriedades eletrônicas únicas - chamadas de singularidade de Van Hove (VHS) e topologia de superfície de Fermi - que os físicos da matéria condensada há muito consideram características importantes para ajustar a supercondutividade e outros estados eletrônicos exóticos em materiais eletrônicos.

A observação dos pesquisadores de VHS e topologia de superfície de Fermi na interface entre materiais óxidos atomicamente finos pela primeira vez sugere que o sistema é uma plataforma ideal para investigar como controlar a supercondutividade em escala atômica em materiais 2-D.

"Nossas descobertas adicionam novas informações a esse jovem campo. Embora o caminho para o uso industrial de eletrônicos de óxido ainda esteja longe, nosso trabalho é um passo à frente no desenvolvimento de alternativas de próxima geração à eletrônica tradicional, além da Lei de Moore, "disse o autor principal Ryo Mori, um pesquisador de doutorado na Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e Ph.D. estudante de física na UC Berkeley.

Os cientistas pretendem investigar mais a fundo como as propriedades eletrônicas, como as singularidades de Van Hove, mudam em altas temperaturas e diferentes voltagens.