Pesquisadores desenvolvem nova camada sacrificial supertetragonal para membranas de óxido independentes

Ilustração esquemática da esfoliação assistida por água de membranas de óxido independentes de SAO_C e SAO_T camadas sacrificiais. Crédito:Equipe do Prof. Wu Wenbing

Os pesquisadores desenvolveram uma nova camada sacrificial solúvel em água, "supertectragonal" Sr₄ Al₂ O₇ (SAO_T ), com ampla sintonização em constantes de rede, que podem ser usadas para preparar membranas de óxido independentes de alta qualidade. Seu trabalho foi publicado na Science .

Uma membrana de óxido independente é um tipo de material quântico de baixa dimensão que mantém propriedades de cristal único mesmo após a remoção do substrato, possuindo tanto as propriedades acopladas de vários graus de liberdade em sistemas de elétrons correlacionados quanto a flexibilidade estrutural de sistemas bidimensionais. materiais. Suas propriedades únicas, como a superelasticidade, oferecem o potencial para induzir novos fenômenos derivados de quantum e desenvolver dispositivos eletrônicos flexíveis ultrafinos.

No entanto, o relaxamento da tensão desajustada entre a camada sacrificial solúvel em água e a membrana de óxido desencadeia a formação de fissuras de alta densidade durante a esfoliação assistida por água da membrana de óxido independente, comprometendo a cristalinidade e a integridade da atual membrana de óxido independente. Como suprimir a formação de fissuras e obter membranas de óxido autônomas de grande área e altamente cristalinas continua sendo um desafio.

Para resolver o problema, a equipe investigou a janela de crescimento de deposição de laser pulsado da camada sacrificial solúvel em água baseada em Sr-Al-O (SAO) e descobriu um Sr₄ anteriormente desconhecido. Al₂ O₇ filme, que exibe propriedades extraordinárias.

O Sr₄ com tensão biaxial Al₂ O₇ o filme tem uma simetria estrutural tetragonal, permitindo o crescimento coerente de ABO₃ de alta qualidade /SAO_T heteroestruturas epitaxiais, que suprimem a formação de fissuras durante a liberação assistida por água e, assim, aumentam a cristalinidade e a integridade da membrana de óxido independente.

A equipe também verificou o efeito de esfoliação de filmes de óxido de perovskita com uma ampla faixa de constante de rede (3,85 a 4,04 Å) e revelou que as áreas livres de rachaduras da membrana de óxido independente liberada do Sr₄ Al₂ O₇ a camada sacrificial pode abranger até alguns milímetros em escala, o que é 1–3 ordens de magnitude maior do que a membrana de óxido independente anterior. Além disso, a cristalinidade e as funcionalidades da membrana de óxido independente da equipe são comparáveis às membranas epitaxiais cultivadas em substratos cristalinos únicos.

Além disso, a equipe descobriu que a estrutura única de Sr₄ Al₂ O₇ resulta em alta solubilidade em água, reduzindo significativamente o tempo dos processos de liberação assistidos por água e aumentando a eficiência da membrana de óxido independente.

Esta descoberta é um avanço na melhoria da integridade e cristalinidade de membranas de óxido independentes, o que pode aumentar o seu potencial de aplicação em dispositivos eletrônicos flexíveis de baixa dimensão. Os revisores elogiam fortemente este trabalho, dizendo que "(este trabalho) tem o potencial de ter um amplo impacto na eletrônica de óxidos de múltiplas perspectivas."

A equipe de pesquisa foi liderada pelo Prof. Wu Wenbing e pelo Prof. Wang Linfei da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, em colaboração com a equipe do Prof.

Mais informações: Jinfeng Zhang et al, Super-tetragonal Sr₄ Al₂ O₇ como uma camada sacrificial para membranas de óxido independentes de alta integridade, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi6620
Informações do diário: Ciência

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia da China

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