Une équipe de recherche dirigée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie a mis au point une technique qui pourrait conduire à de nouveaux matériaux électroniques dépassant les limites imposées par la loi de Moore, qui a prédit en 1975 que le nombre de transistors emballés dans une minuscule puce informatique à base de silicium doublerait tous les deux ans. Leurs découvertes ont été publiées dans le journal Communication Nature .

Dans la recherche de nouveaux matériaux ayant le potentiel de surpasser le silicium, les scientifiques ont voulu tirer parti des propriétés électroniques inhabituelles des dispositifs 2D appelés hétérostructures d'oxyde, qui se composent de couches atomiquement minces de matériaux contenant de l'oxygène.

Les scientifiques savent depuis longtemps que les matériaux oxydes, par eux-même, sont généralement isolants, ce qui signifie qu'ils ne sont pas électriquement conducteurs. Lorsque deux matériaux d'oxyde sont superposés pour former une hétérostructure, de nouvelles propriétés électroniques telles que la supraconductivité - l'état dans lequel un matériau peut conduire l'électricité sans résistance, généralement à des centaines de degrés au-dessous du point de congélation - et le magnétisme se forme d'une manière ou d'une autre à leur interface, qui est le point de rencontre de deux matériaux. Mais on sait très peu de choses sur la façon de contrôler ces états électroniques car peu de techniques peuvent sonder sous l'interface.

Maintenant, l'équipe dirigée par Berkeley Lab—dirigée par Alessandra Lanzara, un chercheur principal de la faculté de la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab et professeur de physique à l'UC Berkeley - a démontré une technique qui met en lumière la production de nouveaux états exotiques, comme la supraconductivité à partir d'hétérostructures d'oxydes atomiquement minces.

À la source lumineuse avancée de Berkeley Lab, les chercheurs ont utilisé une technique spéciale appelée spectroscopie de photoémission à résolution angulaire (ARPES) pour mesurer directement la structure électronique des électrons confinés entre les couches d'une hétérostructure titanate de strontium/titanate de samarium.

Sonder à une profondeur d'environ 1 nanomètre (un milliardième de mètre) à l'intérieur de l'échantillon, les chercheurs ont découvert deux propriétés électroniques uniques, appelées singularité de Van Hove (VHS) et topologie de surface de Fermi, que les physiciens de la matière condensée considèrent depuis longtemps comme des caractéristiques importantes pour le réglage de la supraconductivité et d'autres états électroniques exotiques dans les matériaux électroniques.

L'observation par les chercheurs de la topologie de surface VHS et Fermi à l'interface entre des matériaux d'oxyde atomiquement minces suggère pour la première fois que le système est une plate-forme idéale pour étudier comment contrôler la supraconductivité à l'échelle atomique dans les matériaux 2D.

"Nos résultats ajoutent de nouvelles informations à ce jeune domaine. Alors que la route vers l'utilisation industrielle de l'électronique à oxyde est encore loin, notre travail est un pas en avant dans le développement d'alternatives de nouvelle génération à l'électronique traditionnelle au-delà de la loi de Moore, " a déclaré l'auteur principal Ryo Mori, doctorant à la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab et titulaire d'un doctorat. étudiant en physique à l'UC Berkeley.

Les scientifiques prévoient ensuite d'étudier plus avant comment les propriétés électroniques telles que les singularités de Van Hove changent à des températures plus élevées et à différentes tensions.