Slimme stapeling atoomlagen
Nanosandwich: het beleg maakt het verschil
Dat materialen onvermoede eigenschappen kunnen krijgen door ze te fabriceren van gestapelde, ultragladde laagjes van afzonderlijke materialen, is al bijzonder: juist op de grens tussen de laagjes 'gebeurt het'. Dat de volgorde van stapelen daar nog een dimensie aan toevoegt, hebben onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente, de Stichting FOM en de Universiteit van Antwerpen nu aangetoond.
In een juist gekozen sandwich van materialen gaan de grensvlakken elkáár beïnvloeden en kunnen ze stroom geleiden of juist isoleren. De onderzoekers publiceren hun bevindingen in het julinummer van het vakblad Nature Materials, dat de resultaten nu al op haar website publiceert.
De onderzoekers tonen de nieuwe geleidingseigenschappen aan door ultradunne lagen strontiumtitanaat (SrTiO3) en lanthaanaluminaat (LaAlO3) te 'sandwichen': ze worden uiterst nauwkeurig om en om gestapeld via een aan de UT ontwikkelde laser depositietechniek. Hierbij zijn twee type grensvlakken mogelijk: LaO-TiO2 en AlO2-SrO. Het eerste grensvlak gedraagt zich als een metallische geleider, terwijl het andere juist isolerend is. De atomaire stapeling van het grensvlak maakt dus het verschil.
Hoge mobiliteit
Geplaatst in elkaars nabijheid blijken de grensvlakken elkaar elektronisch te beïnvloeden. Met elektrische metingen hebben de onderzoekers gevonden dat voor afstanden minder dan 6 zogeheten eenheidscellen, ongeveer 2,3 nanometer, de geleiding van het LaO-TiO2-grensvlak gradueel afneemt. Dit is nauwkeurig bestudeerd tot een afstand van slechts een enkele eenheidscel (niet meer dan ongeveer 0,4 nanometer). Daarbij werd vastgesteld dat de afname van de geleiding volledig kan worden toegeschreven aan een afname van de dichtheid van mobiele ladingsdragers. De hoge mobiliteit van de ladingdragers bleef bij deze subnanometer dimensies wél gelijk. Dat maakt de vinding interessant om een nieuw type transistor te ontwikkelen die werkt met het fenomeen van grensvlakgeleiding.
Vervolgonderzoek moet uitwijzen hoe de eigenschappen reageren op invloeden ‘van buiten’, zoals een aangelegd elektrisch veld of ingestraald licht.
Het onderzoek aan het MESA+ Institute for Nanotechnology van de UT is mede-gefinancierd door NWO (de VICI-subsidie die Dave Blank in 2003 ontving), de Stichting FOM, het nationale NanoNed programma en de European Science Foundation.
Het onderzoek voor het artikel 'Electronically coupled complementary interfaces between perovskite band Insulators', is verricht door de UT-onderzoekers Mark Huijben, Guus Rijnders, Dave Blank, Alexander Brinkman en Hans Hilgenkamp en door Sara Bals, Sandra van Aert, Jo Verbeeck en Gustaaf van Tendeloo van de Universiteit Antwerpen (Electron Microscopy for Materials Research). Het promotieonderzoek van Mark Huijben is gefinancierd door de stichting FOM (programma 'Lab zonder Muren').
Meer informatie bij prof.dr.ing. Dave H.A. Blank, leerstoel Inorganic Materials Science faculteit Technische Natuurwetenschappen en MESA+ Institute for Nanotechnology, Universiteit Twente, telefoon (053) 489 31 21.