Des chercheurs français ont réussi à créer une couche conductrice à la surface du titanate de strontium (SrTiO 3 ), un matériau isolant transparent considéré comme très prometteur pour le développement des futures applications de la microélectronique. Deux nanomètres d'épaisseur, cette couche conductrice est un gaz d'électrons métallique bidimensionnel (2DEG) qui fait partie du matériau isolant. Facile à produire, il ouvre de nouvelles possibilités pour l'électronique à base d'oxydes de métaux de transition (le SrTiO 3 famille), tirant parti de la vaste gamme de propriétés physiques de ces matériaux (supraconductivité, magnétisme, thermoélectricité, etc.) pour intégrer plusieurs fonctions différentes dans un même dispositif microélectronique. Un article expliquant cette découverte inattendue, issue des recherches du synchrotron SOLEIL, a été publié le 13 janvier numéro 2011 de La nature magazine.

Les composants microélectroniques d'aujourd'hui sont constitués de couches de semi-conducteurs sur un substrat de silicium. Afin de soutenir le rythme des améliorations périodiques des performances des dispositifs microélectroniques au-delà de 2020, des solutions technologiques alternatives sont à l'étude. Les chercheurs s'intéressent de plus en plus aux oxydes de métaux de transition , qui offrent des propriétés physiques prometteuses telles que la supraconductivité, magnétorésistance, thermoélectricité, multiferroïcité et capacité photocatalytique.

Au sein de cette famille de matériaux, titanate de strontium (SrTiO 3 ) a fait l'objet de recherches approfondies. Ce matériau isolant devient un bon conducteur lorsqu'il est dopé, par exemple en créant quelques lacunes d'oxygène en surface. Les interfaces entre SrTiO3 et les autres oxydes (LaTiO3 ou LaAlO3) sont conductrices, même si les deux matériaux sont des isolants. De plus, ils offrent des propriétés comme la supraconductivité, magnétorésistance et thermoélectricité, avec de très bonnes performances à température ambiante. Le problème, cependant, est que les interfaces entre oxydes sont très difficiles à réaliser.

Maintenant, une découverte inattendue a franchi cette barrière technologique. Une équipe internationale dirigée par des chercheurs du CNRS et de l'Université Paris-Sud 11 a produit un gaz d'électrons métallique bidimensionnel (2DEG) à la surface de SrTiO 3 . Cette couche conductrice, environ deux nanomètres d'épaisseur, a été obtenu par clivage sous vide d'un morceau de titanate de strontium, un procédé très simple et économique. Les éléments constitutifs de SrTiO 3 les ressources naturelles sont-elles disponibles en grande quantité, et le composé est non toxique, contrairement aux matériaux les plus utilisés aujourd'hui en microélectronique (tellurures de bismuth). En outre, Les 2DEG pourraient probablement être créés à la surface d'autres oxydes de métaux de transition en utilisant une technique similaire.

La découverte d'une telle couche conductrice (ne nécessitant pas l'ajout d'une couche d'un autre matériau) est une avancée significative pour la microélectronique à base d'oxydes. Elle pourrait permettre de combiner les propriétés multifonctionnelles intrinsèques des oxydes de métaux de transition avec celles du métal bidimensionnel à leur surface. Les développements possibles pourraient inclure le couplage d'un oxyde ferroélectrique avec le gaz d'électrons à sa surface pour produire des mémoires non volatiles, ou l'inclusion de circuits transparents à la surface des cellules solaires ou des écrans tactiles.

Le 2DEG à la surface du titanate de strontium a été identifié et étudié expérimentalement par spectroscopie de photoémission à résolution angulaire (ARPES) au synchrotron SOLEIL de Saint-Aubin, La France, et le Centre de rayonnement synchrotron de l'Université du Wisconsin, ETATS-UNIS.