Fizikai daro elektronų dujas matomas

Patikslinta ribinio sluoksnio tvirtoje struktūroje elektroninė struktūra

Kietas dviejų oksidų medžiagų kūnas, kurio ribiniame sluoksnyje susidarė elektronų dujos (žalioji zona). Viurcburgo universiteto fizikai pirmą kartą tiksliai nustatė elektronų dujų kiekį ir tankį. Tai buvo pasiekta naudojant rentgeno spinduliuotės fotoemulsijos spektroskopijos metodą. © Götz Berner
skaityti garsiai

Dėl rentgeno spinduliuotės matomos paslėptos struktūros, tokios kaip žmogaus kaulai. Würzburgo fizikai pirmą kartą taip pat išaiškino kietosios medžiagos sluoksnio elektroninę struktūrą. Tai vadinamosios elektronų dujos.

Kodėl tiriami tokie ribiniai sluoksniai? „Jie yra svarbūs šiuolaikinių elektroninių komponentų, tokių kaip tranzistoriai, funkcionalumui“, - sako Michaelas Singas iš Viurcburgo universiteto Eksperimentinės fizikos katedros. Kiekvienas, kuris nori patobulinti ar pertvarkyti tokius komponentus, turėtų labai gerai žinoti ribinių sluoksnių savybes.

Elektronų superlaidumas labai žemoje temperatūroje

Würzburgo fizikai kartu su kolegomis iš Augsburgo universiteto ir Šveicarijos Paulo Scherrerio instituto išanalizavo labai ypatingą ribinį sluoksnį: Jie substrato, pagaminto iš stroncio titanato, sluoksnius padengė keliais lantano aliuminato sluoksniais. Jie domėjosi sritimi, kurioje susitinka dvi medžiagos.

Kodėl šios medžiagos? Abu jie yra geri izoliatoriai, tačiau sujungti jie vis tiek perduoda elektros srovę. "Pasienyje tarp jų susidaro laidus sluoksnis, vadinamosios elektronų dujos, kurios esant labai žemoms temperatūroms netgi tampa superlaidžios. Tai reiškia, kad elektros srovė yra perduodama be nuostolių", - paaiškina Sing. Be to, sluoksnio laidumą galima įjungti ir išjungti. Tai daro tyrinėtojams medžiagą, skirtą naudoti ateityje.

Išmatuotas tankis ir storis

Laidus sluoksnis tarp dviejų medžiagų buvo įrodytas jau 2004 m. Bet dabar mokslininkai pirmą kartą labai tiksliai nustatė jų tankį ir storį - abu yra lemiami laidžiųjų sluoksnių elektroninių savybių parametrai. displėjus

Rezultatas: laidūs elektronai atsiranda tik viename stroncio titanato sluoksnyje, tiesiai prie vidinės aliuminato jungties. „Turint tokią struktūrą, ateityje gali būti įmanoma dar labiau sumažinti tokius komponentus kaip kompiuterio lustai, nes elektrai laidus sluoksnis yra toks plonas - jį sudaro tik vienas atominis sluoksnis“, - sako Sing.

Perspektyva: agresyvios aplinkos komponentai

Be to, šios dvi medžiagos gali būti tinkamos kaip silicio, kuris šiuo metu yra svarbiausia puslaidininkių pramonei, alternatyva. Kadangi komponentai, kurių pagrindą sudaro silicis, turi trūkumų, pasak Würrburgo fizikų: esant aukštesnei nei 200 laipsnių Celsijaus temperatūrai, taip pat esant žemesnei užšalimo temperatūrai, jie neveikia tinkamai.

Padėtis kitokia su vadinamąja oksido keramika - šiai medžiagų grupei taip pat priklauso lantano aliuminatas ir stroncio titanatas. Anot Singo, oksidų keramika taip pat gali būti naudojama agresyvioje aplinkoje, pavyzdžiui, atliekų deginimo įmonėse ar kosmose. Vietose, kur vyrauja labai aukšta arba labai žema temperatūra.

Kitas tikslas: išanalizuokite funkcinį komponentą

Kitas W rzburg fizikų tikslas yra išanalizuoti elektrai laidų ribinį sluoksnį veikiančiame komponente. Jie nori naudoti lauko efekto tranzistorių, pagamintą iš lantano aliuminato ir stroncio titanato. Iš eksperimentų jie tikisi dar daugiau žinių apie procesus, kurie vyksta keičiant srovę tokioje sluoksniuotoje struktūroje.

Matavimo metodas

Jų eksperimentus aprašė tyrėjai žurnale „Physical Review Letters“. Jie panaudojo šiuolaikinį vadinamosios rentgeno spinduliuotės sukeliamos fotoemulsijos spektroskopijos variantą. Metodas pagrįstas seniai žinomu fotoelektriniu efektu: elektronai sugeria rentgeno spindulius, taip sugerdami daug energijos ir pagreitėja. Dėl savo didelio greičio jie dabar geba prasiskverbti į kelis atominius sluoksnius į tvirtą kūną ir palikti jį per jo paviršių.

Ten aptinkami greitieji elektronai ir išmatuojami jų greičiai. Tai leidžia padaryti išvadas, iš kokio atomo tipo jie yra kilę ir kurioje įkrovos būsenoje yra atomai. Pakeitus spinduliuotės rentgeno energiją ir tokiu būdu elektronų išsiskyrimo iš kietosios medžiagos kiekį, galima sukurti elektroninį ir cheminį gylio profilį bei rekonstruoti tiriamos struktūros vaizdą, paaiškina Sing.

(„idw“ - Universitetas W rzburg, 2009 07 02 - DLO)