Изменяя состав ультратонких слоев, состоящих из окисей
различных металлов, которые в обычном состоянии не проводят электрический ток,
ученые из Тихоокеанской северо-западной Национальной лаборатории (Pacific
Northwest National Laboratory) продемонстрировали абсолютно новый метод
управления электрическим током, который течет на границе контакта двух слоев
материала. Данная работа является существенным достижением в деле разработки
тонкопленочной электроники, электроники, состоящей из тонких слоев материалов,
свойства которых можно изменять в достаточно широких пределах.
Материалы, требующиеся для производства электронных
устройств следующего поколения, включая мобильные телефоны и портативные
компьютеры, должны будут сохранять все их свойства даже с учетом очень малых
размеров изготовленных из них компонентов. Помимо этого, компоненты из новых
материалов должны обеспечивать гораздо больший уровень энергосбережения, нежели
это возможно с материалами, используемыми в нынешнее время.
Сверхтонкие слои окиси неодима-титана (NdTiO3) и окиси
титана-стронция (SrTiO3) были осаждены на основание при помощи ионных лучей,
состоящих из ионов титана, стронция и кислорода. Весь этот процесс проводился в
условиях очень глубокого вакуума. Подложка была изготовлена из специального
прозрачного кристаллического материала, структура которого обеспечивала
необходимый порядок кристаллизации осаждаемых компонентов. А высокая точность
управления ионными лучами обеспечила создание структуры многослойного материала
с точностью до отдельных его атомов.
После создания материала исследователи произвели
подробные измерения всех его доступных характеристик и параметров. Кроме этого,
некоторые из использованных методов, в частности рентгеновская фотоэлектронная
спектрография (x-ray photoelectron spectra, XPS), для анализа полученных при их
помощи данных потребовали расчетов сложнейших математических моделей. Эти
математические модели обеспечили ученых данными о том, как изменения в составе
слоев материала, условия выращивания пленок и условия окружающей среды влияют
на электронные свойства ионов титана и, как следствие, многослойного материала
в целом.
Результаты, полученные ученым, достаточно уникальны,
ведь свойства, которые демонстрирует многослойный материал, не наблюдается ни у
одного материала естественного происхождения. Этот материал можно рассматривать
как своего рода двухмерный электронный "газ", концентрация носителей
заряда в котором достаточно легко поддается управлению. А обладая такими
знаниями, исследователи без особых затруднений смогут спроектировать материалы
в необходимой концентрацией и высокой подвижностью носителей заряда различной
природы, из которых можно будет производить сверхминиатюрные транзисторы
следующего поколения.
Следующим шагом, который намерены сделать ученые, станет
точное определение структуры границы между слоями NdTiO3 и SrTiO3. Ведь именно
на этой границе и возникают все необычные эффекты, которые определяют плотность
свободных электронов, их подвижность и другие параметры материала.
