Les physiciens de NUS ont développé une méthodologie pour contrôler l'électromigration des atomes d'oxygène dans les interfaces enterrées de matériaux d'oxyde complexes pour la construction d'hétérostructures d'oxydes à haute mobilité.

Hétérostructures d'oxydes, qui sont composés de couches de différents matériaux d'oxyde, présentent des propriétés physiques uniques à leurs interfaces qui n'existent généralement pas dans leurs composés parents. Un exemple est l'interface comprenant un film isolant d'aluminate de lanthane (LaAlO 3 , en abrégé LAO) sur un monocristal de titanate de strontium isolant (SrTiO 3 , en abrégé STO). Cette interface montre diverses propriétés matérielles uniques, comme la conductivité, magnétisme et supraconductivité bidimensionnelle, qui ne sont pas observés dans leurs formes en vrac. Les lacunes en oxygène dans la STO sont connues pour jouer un rôle important dans l'influence de ces propriétés, notamment pour les interfaces synthétisées à température ambiante. Cependant, les mécanismes sous-jacents influençant ces propriétés émergentes par les lacunes d'oxygène à l'interface des deux matériaux différents ne sont pas encore clairs.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Ariando du Département de physique, et l'Initiative nanosciences et nanotechnologies (NUSNNI), NUS a développé une technique nouvelle et unique basée sur l'effet de champ électrolytique pour contrôler la concentration en oxygène vacant à l'interface des hétérostructures LAO/STO. Ils ont découvert qu'il y a une amélioration de la mobilité électronique de l'hétérostructure lorsque les lacunes d'oxygène à l'interface oxyde deviennent occupées (remplies). Cet effet pourrait potentiellement être utilisé pour construire des dispositifs à semi-conducteurs hautes performances.

Les chercheurs ont utilisé un électrolyte comme matériau diélectrique sur l'hétérostructure LAO/STO et lui ont appliqué une tension négative. Cela crée un champ électrique puissant qui provoque la migration des atomes d'oxygène dans la couche LAO dans la STO déficiente en oxygène au niveau de la région d'interface. La concentration des lacunes d'oxygène à l'interface STO est réduite et cela modifie la structure de bande d'énergie de l'hétérostructure, l'amélioration de la mobilité des électrons. Dans cette configuration expérimentale, la couche superficielle amorphe de LAO agit comme une barrière, empêchant les réactions chimiques de se produire entre la surface de l'échantillon et l'électrolyte.

Le professeur Ariando a dit :"Notre découverte fournit d'autres indices pour comprendre le mécanisme de l'effet de champ électrolytique, et ouvre une nouvelle voie pour la construction d'interfaces d'oxyde à haute mobilité qui peuvent être synthétisées à température ambiante."