Oksideistako tehoelektroniikan tehostaja?

Utahin ja University of Minnesotan insinöörit ovat havainneet, että kahden erityisen oksidimateriaalin rajapinta on erittäin johtava. Sellaisenaan oksidimateriaalit ovat eristeitä.

Ryhmä, jota johtivat Utahin sähkö- ja tietotekniikan apulaisprofessori Berardi Sensale-Rodriguez ja Minnesotan kemian tekniikan ja materiaalitieteiden apulaisprofessori Bharat Jalan paljastivat, että kun kaksi oksidiyhdistettä - strontiumtitanaatti (STO) ja neodyymititanatti (NTO) – vuorovaikuttavat toistensa kanssa, niiden atomien väliset sidokset ovat järjestyneet siten, että syntyy paljon vapaita elektroneja.

Rajapinnassa syntyneiden elektronien määrä on sata kertaa suurempi kuin mikä on mahdollista puolijohteissa. "Rajapinta on myös noin viisi kertaa paremmin johtavaa kuin pii," toteaa Sensale-Rodriguez.

Tämä löytö voisi parantaa tehotransistoreja ja terahertsitekniikkaa. Nykyään niissä käytetään paljon galliumnitridiä. Sitä on tutkittu ja optimoitu jo useiden vuosien ajan eikä sitä todennäköisesti voida enää tehostaa enempää.

Nyt tutkittu STO:n ja NTO:n rajapinta voi olla vähintäänkin yhtä johtavaa kuin galliumnitridi ja todennäköisesti tulee vielä paranemaan tulevaisuudessa uskovat tutkijat jatkotutkimuksiinsa luottaen.

"Kun katson tulevaisuuteen, näen, että voimme kenties parantaa johtokykyä kertaluokan verran materiaalien kasvatuksen optimoinnin kautta", toteaa Bharat Jalan. "Olemme tuomassa mahdollisen suuritehoisen, pienen energiankulutuksen oksidielektroniikan lähemmäksi todellisuutta."

Sinänsä tällaisen kaksiulotteisen elektronikaasun läsnäolo (2DEG) monimutkaisien oksidien välisessä heterorajapinnassa on saanut paljon huomiota viime aikoina.

Sen johtavuus on havaittu jo aiemmin ja niistä on löydetty muitakin kiehtovia fysikaalisia ilmiöitä joten niillä on potentiaalia uudenlaisille elektronisille rakenteille lupaavine ominaisuuksineen kuten korkea läpilyöntijännite ja erittäin suuri elektronien arkkitiheys.

Näistä järjestelmistä on löydetty myös muita mielenkiintoisia ominaisuuksia, kuten ferrosähköisyyttä, suprajohtavuutta ja negatiivista magnetoresistanssia.

Tutkimuspaperi on luettavissa osoitteessa:

http://scitation.aip.org/content/aip/journal/aplmater/4/7/10.1063/1.4959284