Змінюючи склад ультратонких шарів, що складаються з оксидів різних металів, які в звичайному стані не проводять електричний струм, вчені з Тихоокеанської північно-західної Національної лабораторії (Pacific Northwest National Laboratory, PNNL) продемонстрували абсолютно новий метод керування електричним струмом, який тече на межі контакту двох шарів матеріалу. Дана робота є істотним досягненням у справі розробки тонкоплівкової електроніки, тобто електроніки, що складається з тонких шарів матеріалів, властивості яких можна змінювати в досить широких межах.
Матеріали, що вимагаються для виробництва електронних пристроїв наступного покоління, включаючи мобільні телефони і портативні комп'ютери, повинні будуть зберігати всі їх властивості навіть з урахуванням дуже малих розмірів виготовлених з них компонентів. Крім цього, компоненти з нових матеріалів повинні забезпечувати набагато більший рівень енергозбереження, ніж це можливо з матеріалами, використовуваними в нинішній час.
Надтонкі шари окису неодиму-титану (NdTiO3) і окису титану-стронцію (SrTiO3) були осаджені на основу за допомогою іонних променів,
що складаються з іонів титану, стронцію і кисню. Весь цей процес проводився в умовах дуже глибокого вакууму. Підкладка була виготовлена зі спеціального прозорого кристалічного матеріалу, структура якого забезпечувала необхідний порядок кристалізації «погашуючих» компонентів. А висока точність керування іонними променями забезпечила створення структури багатошарового матеріалу з точністю до окремих його атомів.
Після створення матеріалу дослідники зробили детальні вимірювання всіх його доступних характеристик і параметрів, як повідомляє phys.org. Крім цього, деякі з використаних методів, зокрема рентгенівська фотоелектронна спектрографія (x-ray photoelectron spectra, XPS), для аналізу отриманих за їх допомогою даних зажадали розрахунків найскладніших математичних моделей. Ці математичні моделі забезпечили вчених даними про те, як зміни в складі шарів матеріалу, умови вирощування плівок і умови навколишнього середовища впливають на електронні властивості іонів титану та, як наслідок, багатошарового матеріалу в цілому.
Результати, отримані ученим, досить унікальні,
адже властивості, які демонструє багатошаровий матеріал, не спостерігається ні у одного матеріалу природного походження. Цей матеріал можна розглядати як свого роду двомірний електронний "газ", концентрація носіїв заряду в якому досить легко піддається управлінню. А володіючи такими знаннями, дослідники без особливих труднощів зможуть спроектувати матеріали з необхідною концентрацією і високою рухливістю носіїв заряду різної природи, з яких можна буде виготовляти надмініатюрні транзистори наступного покоління.
Наступним кроком, який мають намір зробити вчені, стане точне визначення структури межі між шарами NdTiO3 і SrTiO3. Адже саме на цій межі і виникають всі незвичайні ефекти, які визначають щільність вільних електронів, їх рухливість і інші параметри матеріалу.
