Des nappes d'électrons hautement mobiles dans seulement deux dimensions, connu sous le nom de gaz d'électrons 2-D, ont des propriétés uniques qui peuvent être exploitées pour des appareils électroniques plus rapides et novateurs. Les chercheurs ont exploré le gaz d'électrons 2-D, qui n'a été découvert qu'en 2004, pour voir comment il peut être utilisé dans les supraconducteurs, actionneurs et dispositifs de mémoire électronique, entre autres.

Des chercheurs de l'université japonaise de Tohoku, avec une équipe internationale de collègues, ont récemment identifié la structure atomique d'un groupe de matériaux liés à la pérovskite présentant des propriétés conductrices 2D intéressantes. Les matériaux sont en strontium, des atomes de niobium et d'oxygène, avec une structure en couches dérivée de la pérovskite. Ces composés de niobate de strontium sont prometteurs pour le développement d'électronique de pointe en raison de leur conductivité métallique quasi-unidimensionnelle.

Yuichi Ikuhara de l'Institut avancé de recherche sur les matériaux de l'Université de Tohoku avec Johannes Georg Bednorz du Laboratoire de recherche de Zürich et ses collègues ont utilisé la microscopie électronique à transmission à balayage à résolution atomique combinée à des calculs théoriques pour apprendre comment l'ajout d'atomes d'oxygène aux niobates de strontium affecte leur conductivité. Quatre matériaux différents se sont formés en fonction de la concentration en atomes d'oxygène.

Les chercheurs ont découvert que trois des matériaux étaient des conducteurs d'électricité tandis que le quatrième était un isolant. A l'échelle atomique, ils ont découvert que les matériaux étaient formés d'une alternance de dalles en forme de chaîne et en zigzag. Selon la concentration d'atomes d'oxygène, les dalles en forme de chaîne étaient deux, Trois, ou quatre couches d'épaisseur, variant parfois au sein d'un même matériau. Les dalles en zigzag étaient des couches isolantes dans tous les matériaux, tandis que les dalles en forme de chaîne étaient des couches conductrices dans trois des quatre matériaux.

L'équipe a déterminé que la conductivité électrique locale dans le matériau dépendait directement de la forme des octaèdres de niobate dans les couches. Lorsque des ions positifs de niobium ont été déplacés vers les centres des octaèdres de niobate, une nature conductrice locale a été induite.

Les couches conductrices 2-D sont généralement formées en créant une interface entre deux isolants. Il devrait désormais être possible d'atteindre le même objectif en segmentant les matériaux conducteurs 3D en empilements de couches conductrices 2D séparées par des couches isolantes, disent les chercheurs dans leur étude publiée dans la revue ACS Nano . Cela pourrait conduire à des applications dans le développement de matériaux et dispositifs conducteurs électriques 2D.