Исследователи из Университета Миннесоты в городе Миннеаполис совершили важный шаг к созданию электроники нового поколения. Они обнаружили способ управлять направлением потока заряда в ультратонких металлических плёнках при комнатной температуре с помощью света. Это открытие открывает путь к созданию более энергоэффективных оптических датчиков, детекторов и устройств квантовой информации.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Команда показала, что ультратонкие слои диоксида рутения (RuO₂), выращенные на диоксиде титана (TiO₂), можно заставить вести себя по-разному в зависимости от направления — как в реакции на свет, так и в движении электричества через них.
«Мы решили эту задачу, тщательно разработав ультратонкие металлические слои, которые по-новому взаимодействуют со светом — то, чего не увидишь в более толстых версиях этого материала», — сказал Бхарат Джалал, старший автор исследования и профессор кафедры химического машиностроения и материаловедения в Университете Миннесоты в Миннеаполисе.
«Эта работа демонстрирует, что теперь мы можем настраивать сверхбыструю проводимость в металлах, используя тот же метод точного контроля эпитаксиальной деформации, который ранее применялся для полупроводников или изоляторов», — пояснил Джалал.
Исследование показывает, что, изменяя растяжение атомов в разных направлениях, учёные могут контролировать реакцию материала на свет. Этот эффект работает при комнатной температуре и может быть использован в реальных технологиях.
«Это первый случай, когда кто-либо продемонстрировал настраиваемую, направленную сверхбыструю релаксацию носителей в металле при комнатной температуре», — сказал Сунчжо Чон, постдокторант кафедры химического машиностроения и материаловедения в Университете Миннесоты и ведущий автор статьи. «Это бросает вызов устоявшимся представлениям в физике конденсированных сред и открывает принципиально новый путь управления зарядом и светом в металлических системах».
Это открытие особенно важно для оптоэлектронных устройств и устройств памяти, которые зависят от контроля скорости и эффективности реакции носителей на свет.
«Результаты дают глубокое понимание того, как тонкие структурные искажения — например, релаксация деформации — могут изменить электронный ландшафт металлов», — добавил Тони Лоу, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники в Университете Миннесоты и соавтор статьи. «Это может иметь решающее значение для будущих сверхбыстрых и поляризационно-чувствительных оптоэлектронных технологий».
Традиционно считалось, что в традиционных металлах отсутствует необходимое для такой точности направленное управление из-за их сложной многозонной природы. Но исследовательская группа обнаружила, что, используя вложенность зон — особенность электронной структуры, — можно добиться сверхбыстрого отклика, который будет иметь физическое свойство, имеющее разное значение при измерении в разных направлениях.
Далее исследователи планируют интегрировать эти инженерные плёнки RuO₂ в реальные устройства и изучить аналогичные явления в других оксидных системах.
В дополнение к Джалалу, Чонгу и Лоу в команду Университета Миннесоты входили Шриджит Наир, аспирант кафедры химического машиностроения и материаловедения, и Сунчжун Ли, постдокторант кафедры электротехники и вычислительной техники. Эта работа была выполнена в сотрудничестве с Институтом науки и технологий в Гванджу, Университетом Сонгюнкван и Университетом Кентукки.
Предоставлено Университетом Миннесоты.