(Phys.org) - Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory descobriram as características de um contato elétrico de baixa resistência com titanato de estrôncio, SrTiO ₃ , um importante semicondutor de óxido prototípico. Os óxidos são provavelmente materiais importantes em dispositivos eletrônicos de última geração, e eles precisam ser extremamente pequenos. Obter sinais elétricos para dentro e para fora dos semicondutores de óxido é difícil porque uma grande barreira de energia normalmente se desenvolve na junção com os contatos de metal. Os contatos de metal são necessários para fazer entrar e sair eletricidade de um dispositivo semicondutor, da mesma forma que os cabos de ligação são necessários para transferir a energia de uma bateria de carro saudável para uma bateria descarregada. Este trabalho mostra como eliminar essa barreira, mantendo a área de contato extremamente pequena, no nível nanométrico.

Seja para sistemas de defesa avançados ou produtos de consumo, nós, como nação, estamos sempre em busca de melhor desempenho e novos recursos de nossas tecnologias de comunicação. Ainda, os limites do que pode ser alcançado com semicondutores convencionais, como o silício, estão claramente no horizonte. Este trabalho representa um importante avanço no uso de óxidos, que, pela sua própria natureza física, permitem prever e implementar novas funcionalidades eletrónicas.

Filmes cristalinos de metal cromo foram depositados em superfícies de um único cristal de titanato de estrôncio em ultra-alto vácuo usando epitaxia de feixe molecular. As heterojunções resultantes, que são onde dois materiais diferentes entram em contato, foram caracterizados com microscopia eletrônica de transmissão de varredura, espectroscopia de perda de energia de elétrons, espectroscopia de fotoelétrons de raios-x e ultravioleta, e modelagem teórica de primeiros princípios com base na teoria do funcional da densidade. Trabalhos anteriores dos mesmos pesquisadores do PNNL mostraram que a resistência elétrica desta junção é a mais baixa que já foi medida, mas as razões para este resultado não eram conhecidas.

Outras metalizações de baixa resistência são conhecidas, mas formá-los envolve uma mistura um tanto confusa de metais e o que é efetivamente derretimento localizado na junção. Esta abordagem não é útil para dispositivos em nanoescala devido ao espalhamento lateral resultante da liga na junção.

Uma investigação detalhada mostrou que o equivalente a 1 ou 2 camadas atômicas de cromo se difundem no titanato de estrôncio, ocupar sites intersticiais, e ancorar o restante do filme ao óxido, resultando em forte adesão. Os átomos de cromo difundidos também transferem elétrons para átomos de titânio nos poucos planos atômicos superiores, remover efetivamente a barreira de energia que de outra forma estaria presente se esta difusão e transferência de carga não tivesse ocorrido, e converter a superfície do titanato de estrôncio em um metal. A junção resultante é, portanto, uma interface "metal / metal" em vez de uma interface "metal / semicondutor". Mas, ao contrário de outras interfaces de metal / óxido com baixa resistência de contato, esta junção é estrutural e composicionalmente bem definida e quase atomicamente abrupta.

Eletrônicos em geral e computadores em particular representam o maior consumo de energia em todo o mundo. Este trabalho mostra como a dissipação de potência pode ser reduzida na operação de um dispositivo que utiliza um óxido semicondutor como ingrediente ativo. A próxima etapa é usar o cromo cristalino como um contato elétrico em estruturas multicamadas mais avançadas que podem ser úteis não apenas na eletrônica de óxido, mas também em células solares à base de óxido. Outro trabalho futuro envolve a busca de outros metais que tenham as mesmas propriedades úteis do cromo para esse propósito.