Los óxidos aislantes son compuestos que contienen oxígeno que no conducen electricidad, pero que a veces pueden formar interfaces conductoras cuando se unen en capas con precisión. Los electrones conductores en la interfaz forman un gas de electrones bidimensional 2DEG que posee propiedades cuánticas exóticas quehacer que el sistema sea potencialmente útil en aplicaciones de electrónica y fotónica.
Los investigadores de la Universidad de Yale ahora han desarrollado un sistema 2DEG en arseniuro de galio, un semiconductor que es eficiente en la absorción y emisión de luz. Este desarrollo es prometedor para nuevos dispositivos electrónicos que interactúan con la luz, como nuevos tipos de transistores, interruptores superconductores y gassensores
"Veo esto como un componente básico para la electrónica de óxido", dijo Lior Kornblum, ahora del Technion - Instituto de Tecnología de Israel, que describe la nueva investigación que aparece esta semana en el Revista de Física Aplicada , de la publicación AIP.
Los óxidos 2DEG se descubrieron en 2004. Los investigadores se sorprendieron al descubrir que unir dos capas de algunos óxidos aislantes puede generar electrones conductores que se comportan como un gas o líquido cerca de la interfaz entre los óxidos y pueden transportar información.
Los investigadores han observado previamente 2DEG con semiconductores, pero los 2DEG de óxido tienen densidades de electrones mucho más altas, haciéndolos candidatos prometedores para algunas aplicaciones electrónicas. Los 2DEG de óxido tienen propiedades cuánticas interesantes, lo que también atrae el interés en sus propiedades fundamentales. Por ejemplo, los sistemas parecenpara exhibir una combinación de comportamientos magnéticos y superconductividad.
En general, es difícil producir en masa 2DEG de óxido porque solo se pueden obtener pequeños pedazos de los cristales de óxido necesarios, dijo Kornblum. Sin embargo, si los investigadores pueden cultivar los óxidos en obleas de semiconductores grandes disponibles comercialmente, entonces pueden aumentar el tamaño del óxido2DEG para aplicaciones del mundo real. El crecimiento de los 2DEG de óxido en semiconductores también permite a los investigadores integrar mejor las estructuras con la electrónica convencional. Según Kornblum, permitir que los electrones de óxido interactúen con los electrones en el semiconductor podría conducir a una nueva funcionalidad y más tipos de dispositivos.
El equipo de Yale anteriormente cultivó 2DEG de óxido en obleas de silicio. En el nuevo trabajo, cultivaron con éxito 2DEG de óxido en otro semiconductor importante, el arseniuro de galio, que resultó ser más desafiante.
La mayoría de los semiconductores reaccionan con el oxígeno en el aire y forman una capa superficial desordenada, que debe eliminarse antes de que estos óxidos crezcan en el semiconductor. Para el silicio, la eliminación es relativamente fácil: los investigadores calientan el semiconductor al vacío. Este enfoque, sin embargo,no funciona bien con arseniuro de galio.
En cambio, el equipo de investigación cubrió una superficie limpia de una oblea de arseniuro de galio con una capa de arsénico. El arsénico protegió la superficie del semiconductor del aire mientras transfirieron la oblea a un instrumento que produce óxidos usando un método llamado epitaxia de haz molecular.Esto permite que un material crezca sobre otro mientras se mantiene una estructura cristalina ordenada en la interfaz
Luego, los investigadores calentaron suavemente la oblea para evaporar la delgada capa de arsénico, exponiendo la superficie prístina del semiconductor debajo. Luego crecieron un óxido llamado SrTiO3 en el arseniuro de galio e, inmediatamente después, otra capa de óxido de GdTiO3. Este proceso formó un2DEG entre los óxidos.
El arseniuro de galio no es más que uno de toda una clase de materiales llamados semiconductores III-V, y este trabajo abre un camino para integrar óxido 2DEG con otros.
"La capacidad de acoplar o integrar estos interesantes gases de electrones bidimensionales de óxido con arseniuro de galio abre el camino a dispositivos que podrían beneficiarse de las propiedades eléctricas y ópticas del semiconductor", dijo Kornblum. "Este es un material de entrada paraotros miembros de esta familia de semiconductores "
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Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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