Lennon et McCartney. Abbott et Costello. Beurre de cacahuète et gelée.

Pensez à la moitié de n'importe quel duo célèbre, et l'autre moitié vient probablement à l'esprit. Non seulement ils se complètent, mais ensemble, ils fonctionnent mieux.

Il en est de même dans le domaine en plein essor des matériaux électroniques oxydes. Bénéficiant d'un large éventail de comportements, y compris électronique, magnétique et supraconducteur, ces matériaux multifonctionnels sont sur le point d'élargir notre vision des fonctions des appareils électroniques traditionnels à base de silicium tels que les téléphones portables ou les ordinateurs.

Pourtant jusqu'à maintenant, il manquait un aspect critique, qui complète la fonction des électrons dans l'électronique des oxydes. Et une équipe dirigée par le scientifique des matériaux de l'Université du Wisconsin-Madison, Chang-Beom Eom, a directement observé que la deuxième moitié manquante du duo était nécessaire pour faire avancer les matériaux électroniques en oxyde.

C'est ce qu'on appelle un gaz de trou bidimensionnel, une contrepartie de ce qu'on appelle un gaz d'électrons bidimensionnel. Depuis plus d'une décennie, les chercheurs ont reconnu qu'une apparition de gaz de trou était possible, mais n'ont pas été en mesure de le créer expérimentalement.

J'écris aujourd'hui (5 février, 2018) dans la revue Matériaux naturels , Eom et ses collaborateurs ont fourni la preuve d'un gaz de trou coexistant avec le gaz d'électrons. Ils ont conçu une matière ultrafine, connue sous le nom de structure à couche mince, spécifiquement pour cette recherche.

"Le gaz de trou 2D n'était pas possible principalement parce que des cristaux suffisamment parfaits ne pouvaient pas être développés, " dit Eom, le professeur Theodore H. Geballe et le professeur émérite Harvey D. Spangler en science et ingénierie des matériaux. "À l'intérieur, il y avait des défauts qui ont tué le gaz du trou."

Eom est un expert mondial de la croissance matérielle, en utilisant des techniques qui lui permettent de construire avec minutie, ou "grandir, " chaque couche d'un matériau avec une précision atomique. Cette expertise, combiné avec un aperçu de l'interaction entre les couches dans leur structure, a été la clé pour identifier le gaz de trou 2D insaisissable.

"Nous avons pu concevoir la structure correcte et fabriquer des cristaux presque parfaits, le tout sans défauts qui dégradent le gaz du trou, " il dit.

La manière presque symétrique dont Eom a assemblé les différentes couches était également importante pour identifier le gaz du trou, quelque chose comme un sandwich club. Alors que d'autres chercheurs ont fabriqué le matériau dans une structure bicouche, Eom a conçu une triple couche. Il a alterné des couches d'oxyde de strontium et de dioxyde de titane sur le fond, puis des couches d'oxyde de lanthane et d'oxyde d'aluminium, puis ajouté des couches supplémentaires d'oxyde de strontium et de dioxyde de titane sur le dessus.

Par conséquent, le gaz de trou se forme à l'interface des couches sur le dessus, tandis que le gaz d'électrons se forme à l'interface des couches du fond, première démonstration d'un couple complémentaire très puissant.

Tout comme les gens il y a 50 ans n'auraient probablement pas pu imaginer communiquer via des appareils sans fil, l'avance définit une plate-forme qui peut permettre de nouveaux concepts-applications qui restent aujourd'hui au-delà de nos rêves les plus fous.

"Nous n'améliorons pas seulement les performances des appareils, " dit Eom. " Alors, ne pas améliorer un téléphone portable, par exemple, mais en envisageant un appareil entièrement nouveau rendu possible par cette avancée. C'est le début d'une nouvelle voie passionnante."