Stichting FOM
17 mei 2010
'Onmogelijke' stroomgeleiding opgehelderd
Doorbraak kan leiden tot nieuwe wegen in nano-elektronica.
Figuur 1. 'Onmogelijke' stroomgeleiding opgehelderd
vergroten Figuur 1. 'Onmogelijke' stroomgeleiding opgehelderd
In een gestapelde atoomstructuur van lanthaanoxide, afgedekt met
strontiumtitaanoxide, op een substraat van strontriumtitaanoxide
(kristalstructuur bovenzijde plaatje), geeft de interne potentiaal in
de LAO-laag aanleiding tot een herverdeling van lading. De resulterende
elektronen aan het interface laten gaten achter op slechts 1 nm
afstand. De elektronen (links) en gaten (rechts) leveren parallel een
bijdrage aan de elektrische geleiding.
Breng twee materialen die zelf geen stroom geleiden, met elkaar in
contact en precies op het grensvlak gebeurt iets opmerkelijks: daar is
wél geleiding mogelijk. Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor
Nanotechnologie van de Universiteit Twente (UT), samen met collega's in
München, Berkeley en Davis, laten nu zien dat ter plekke zelfs twee
parallelle geleidende 'paden' ontstaan, slechts één nanometer van
elkaar gescheiden. Dat is niet alleen een doorbraak in het begrijpen
van het fenomeen, het opent ook de weg naar nieuwe vormen van
nano-elektronica. De onderzoekers presenteren de bevindingen van het
onderzoek, dat mede mogelijk gemaakt wordt door de Stichting FOM, in
Physical Review Letters.
Eerder al lieten de UT-onderzoekers zien dat twee niet-geleidende
metaaloxiden geleidend kunnen worden, precies waar ze met elkaar in
contact komen. En dat niet-magnetische metaaloxiden op het grensvlak
'opeens' magnetisch worden. Het gaat hierbij bijvoorbeeld om de
combinatie van strontiumtitaanoxide en lanthaanaluminiumoxide. Komen
deze complexe oxiden met elkaar in contact, dan zijn aan de beide
kristaloppervlakken verschillende ionen aanwezig die elk hun eigen
lading hebben. Als de beide oxiden met elkaar in contact komen, vindt
een herschikking plaats van lading, ook wel elektronische reconstructie
genoemd.
Op de plaats waar meer elektronen terechtkomen kan nu elektrische
geleiding plaatsvinden door deze elektronen. Tegelijkertijd zou je
verwachten dat er elders in de structuur gaten ontstaan - positieve
ladingdragers - waar de oorspronkelijke elektronen zaten. De nieuwe
berekeningen en experimenten wijzen nu uit dat die gaten inderdaad
bestaan en dat de gaten en elektronen parallel aan elkaar gaan bewegen,
met slechts één nanometer tussenruimte. Dit is niet alleen een
doorbraak in het begrip van de geleiding op het grensvlak, het opent
ook de weg naar nieuwe toepassingen die in de huidige
halfgeleiderelektronica nog niet mogelijk zijn. Spannend is
bijvoorbeeld of in deze geleidende lagen, zo dicht bij elkaar, ook weer
interactie gaat optreden, met nieuwe deeltjes en quantumtoestanden als
resultaat.
Eén eenheidscel volstaat
Tot nu toe werd bovendien aangenomen dat oxiden met een zekere dikte
nodig zijn om het effect te bereiken. Uit het nu gepresenteerde
onderzoek blijkt dat het mechanisme al optreedt bij een dikte van één
eenheidscel: één laag in het kristal. Het MESA+ Instituut voor
Nanotechnologie beschikt over unieke mogelijkheden om dit type oxiden
atoomlaag-voor-atoomlaag op te bouwen, om op deze manier materialen te
kunnen maken met zeer uiteenlopende eigenschappen.
De resultaten zijn tot stand gekomen in een groot internationaal
onderzoeksteam. Hierbij zijn, naast München, Davis en Berkeley, vier
MESA+ leerstoelen (Inorganic Materials Science, NanoElectronic
Materials, Physical Aspects of Nanoelectronics and Interfaces and
Correlated Systems) betrokken. Het onderzoek is vanuit Nederland
gefinancierd door FOM, NWO, Vidi and Vici grants en NANONED.
Referentie
Het artikel 'Parallel Electron-Hole Bilayer Conductivity from
Electronic Interface Reconstruction', door R. Pentcheva (München), M.
Huijben (MESA+), K. Otte (München), W.E. Pickett (Davis), J.E.
Kleibeuker (MESA+), J. Huijben (MESA+), H. Boschker (MESA+), D.
Kockmann (MESA+), W. Siemons (Berkeley), G. Koster (MESA+), H.J.W.
Zandvliet (MESA+), G. Rijnders (MESA+), D.H.A. Blank (MESA+), H.
Hilgenkamp (MESA+) en A. Brinkman (MESA+) staat al online op de site
van Physical Review Letters: http://prl.aps.org/ en verschijnt
binnenkort in print. Het artikel kan op verzoek toegestuurd worden.
Contact
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Wiebe van der Veen,
Universiteit Twente, tel.: (053) 489 42 44 of 06 12 18 56 92.