Оксидные гетероструктуры
Разработка разработки выращивания многослойных структур с атомарно резкой границей раздела (ГР) слоев (к примеру, методом молекулярно-лучевой эпитаксии) разрешает создавать неестественные материалы с новыми, обычно очень необыкновенными особенностями.
Особенно громадные надежды тут возлагают на оксиды. К примеру, не смотря на то, что SrTiO3 и LaAlO3 являются диэлектриками, ГР в гетероструктуре SrTiO3/LaAlO3/SrTiO3 (см. рис.) выясняется проводящей [1].
Модель гетероструктуры SrTiO3/LaAlO3/SrTiO3. Белые, оранжевые, желтые, громадные голубые и мелкие темно-светло синий кружки – атомы O, La, Al, Sr и Ti, соответственно
Более того, на ГР двух диэлектриков была обнаружена кроме того сверхпроводимость [2]. В работе [3] экспериментально и теоретически изучены характеристики ГР между такими кардинально разными по своим физическим особенностям веществами как высокотемпературный сверхпроводник (Y,Ca)Ba2Cu3O7 и манганит La2/3Ca1/3MnO3 с большим магнитосопротивлением.
Оказалось, что благодаря переноса заряда через ГР d(3z2-r2) – орбитали слоев CuO2 (каковые в ВТСП всецело заполнены и не участвуют в сверхпроводимости) становятся заполнены только частично, другими словами на них появляются дырки. Такая «орбитальная реконструкция» отличается от простой «электронной реконструкции», которая имеет место на ГР вторых оксидных соединений и содержится в том, что распределение электронной плотности вблизи ГР делается не таким, как в количестве [4].
Данный эффект может употребляться для допирования диэлектрических слоев «нехимическим» способом – без эффектов разупорядочения, каковые неизбежно привносят с собой неизовалентные примесные атомы. Тут просматривается последовательность серьёзных практических приложений – к примеру, магнитные туннельные контакты [5] и «оксидная электроника» [6].
Не обращая внимания на громадную исследовательскую активность последних лет, отечественные знания об электрических и магнитных особенностях оксидных ГР до тех пор пока очень ограничены, и тут возможно ожидать сюрпризов как для фундаментальной, так и для прикладной науки. Так как число комбинаций разных оксидных материалов (ферромагнетики, антиферромагнетики, сверхпроводники, сегнетоэлектрики и др.) весьма громадно.
Возможно, несложным «экспериментальным перебором» тут не обойтись, и необходимо завлекать теоретические расчеты. Нельзя исключать, что в недалеком будущем мы услышим об открытии новых экзотических квазидвумерных состояний (зарядовых, спиновых и пр.), стабилизированных на оксидных ГР.
Создатель – Л. Опенов
- 1. M.Huijben et al., Nature Mater. 5, 556 (2006)
- 2. N.Reyren et al., Science 317, 1196 (2007)
- 3. J.Chakhalian et al., Science 318, 1114 (2007)
- 4. S.Okamoto, A.Millis, Nature 428, 630 (2004)
- 5. H.Yamada et al., Science 305, 646 (2004)
- 6. R.Ramirez, Science 315, 1377 (2007)