Un rendu d'artiste de l'épaisseur, transition métal-isolant dans des films sub-nanométriques de nickelate de lanthane. Les atomes de nickel sont représentés en or, atomes d'oxygène en blanc, et des atomes de lanthane en rouge, et la métallicité est obtenue en passant de deux à trois couches atomiques. Crédit :Haofei Wei
(Phys.org) —Des appareils électroniques de plus en plus réduits pourraient atteindre des dimensions atomiques à l'aide d'oxydes de métaux de transition, une classe de matériaux qui semble tout avoir :la supraconductivité, magnétorésistance et autres propriétés exotiques. Ces possibilités ont incité les scientifiques à tout comprendre sur ces matériaux, et de trouver de nouvelles façons de contrôler leurs propriétés aux niveaux les plus fondamentaux.
Des chercheurs du Cornell et du Brookhaven National Laboratory ont montré comment changer un oxyde de métal de transition particulier, un nickelate de lanthane (LaNiO
L'équipe, qui a publié ses conclusions dans le numéro d'avril de Nature Nanotechnologie , comprend le chercheur principal Kyle Shen, professeur agrégé de physique; premier auteur Phil King, un récent boursier postdoctoral Kavli à Cornell, maintenant membre du corps professoral de l'Université de St. Andrews; Darrell Schlom, le professeur Herbert Fisk Johnson de chimie industrielle; et co-auteurs Haofei Wei, Yuefeng Nie, Masaki Uchida, Caroline Adamo, et Shabo Zhu (Cornell), et Xi He et Ivan Božović (Laboratoire national de Brookhaven).
En utilisant une technique de croissance extrêmement précise appelée épitaxie par faisceaux moléculaires (MBE), King a synthétisé des échantillons atomiquement minces de nickelate de lanthane et a découvert que le matériau passe brusquement d'un métal à un isolant lorsque son épaisseur est réduite à moins de 1 nanomètre. Lorsque ce seuil est franchi, sa conductivité - la capacité des électrons à traverser le matériau - s'éteint comme une lumière, une caractéristique qui pourrait s'avérer utile dans les commutateurs ou transistors nanométriques, dit Shen.
En utilisant un système unique en son genre chez Cornell, qui intègre la croissance de film MBE avec une technique appelée spectroscopie de photoémission à résolution angulaire (ARPES), King et ses collègues ont cartographié comment les mouvements et les interactions des électrons dans le matériau ont changé à travers ce seuil, variant l'épaisseur de leurs films d'oxyde atome par atome. Ils ont découvert que lorsque les films avaient moins de 3 atomes de nickel d'épaisseur, les électrons ont formé un ordre nanométrique inhabituel, semblable à un damier.
Les résultats démontrent la capacité de contrôler les propriétés électroniques des oxydes de métaux de transition exotiques à l'échelle nanométrique, ainsi que de révéler les interactions coopératives frappantes qui régissent le comportement des électrons dans ces matériaux ultrafins. Leur découverte ouvre la voie à la fabrication de nouveaux appareils électroniques avancés à partir d'oxydes.
