L'oxydation des métaux est exploitée dans de nombreuses applications industrielles. Les chercheurs du KAUST ont modélisé la frontière entre deux oxydes métalliques pour révéler leurs propriétés métalliques, ce qui pourrait conduire à des applications positives en électronique.
Notre familiarité avec la rouille, qui se produit par l'oxydation du fer pour le rendre floconneux et faible, signifie que nous considérons généralement que l'oxydation des métaux est préjudiciable. Mais certains oxydes métalliques sont utiles. Par exemple, ils ont un grand potentiel en électronique car ils peuvent être à la fois transparents et flexibles. Ils peuvent présenter des propriétés magnétiques, qui ouvre la porte à la haute performance, mémoires informatiques ultrarapides. Ils peuvent être sensibles à leur environnement, ce qui les rend utiles pour les capteurs de gaz.
Récemment, le potentiel du monoxyde d'étain semi-conducteur (SnO) pour les applications électroniques a été révélé lorsque les scientifiques de KAUST ont déterminé une mobilité record, qui fait référence à la facilité avec laquelle une particule porteuse de charge peut traverser le matériau. Dans ce cas, les porteurs de charge n'étaient pas des électrons, mais des trous. Les trous se comportent de manière très similaire aux électrons, mais ils portent une charge électrique positive plutôt que négative.
L'obtention de monoxyde d'étain pur est difficile car le processus de fabrication crée souvent également du dioxyde d'étain (SnO2). En général, l'interface entre deux oxydes peut accueillir une grande variété de physique exotique, de la supraconductivité à la ferroélectricité, alors que les propriétés de l'interface entre le monoxyde d'étain et le dioxyde d'étain sont largement inconnues.
Arwa Albar, maintenant professeur assistant à l'Université King Abdulaziz, a fait ce travail dans le cadre de son doctorat. études à la KAUST, avec Hassan Ali Tahini et son superviseur, Udo Schwingenschlögl. Les scientifiques ont modélisé théoriquement la frontière entre les deux oxydes à l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité. Avec cette technique, ils ont pu déterminer la densité de charge électrique à l'interface pour différents arrangements atomiques. Ils ont montré que la frontière peut supporter des trous se déplaçant librement dans ce qu'on appelle un gaz quantique, ce qui donne à l'interface un caractère métallique.
"Le nouveau modèle prédit avec précision la quantité de charge à l'interface, " confirme Albar.
Des gaz quantiques ont déjà été identifiés aux interfaces d'oxydes dans d'autres systèmes matériels. Ils peuvent survenir en raison d'une discontinuité de charge entre deux matériaux.
"La formation de gaz quantique s'explique par un mécanisme connu sous le nom de catastrophe polaire dans lequel les électrons s'arrangent pour éviter une divergence de potentiel électrostatique, " dit Schwingenschlögl. Ce qui est inhabituel à propos de l'interface monoxyde-dioxyde d'étain, c'est qu'il manque une telle discontinuité de charge. " Au lieu de cela, le montant des frais par zone d'interface est différent des deux côtés de l'interface, " explique Schwingenschlögl. "Nous appelons cela 'discontinuité de densité de charge' plutôt que la 'discontinuité de charge' conventionnelle."
L'équipe prédit que ce même phénomène pourrait également se produire dans d'autres combinaisons de matériaux. "Il sera nécessaire d'étudier comment les propriétés du gaz quantique peuvent être contrôlées, " dit Schwingenschlögl.
