Новости химической науки > Близкий взгляд на оксиды

Исследователи из Лаборатории Оак Ридж впервые наблюдали тонкие слои индивидуальных оксидных материалов и границ между индивидуальными оксидными материалами в ходе их роста на атомном разрешении. Результаты исследования позволяют получить дополнительную информацию о неоднозначной связи между строением и свойствами этих структур.

Новый сканирующий электронный микроскоп и метод дифракции пучков медленных электронов, разработанный в Национальной лаборатории Оак Ридж позволяет получить изображение поверхности оксида размером 50 на 50 нанометров. Каждая светлая точка – одиночный атом в составе материала. (Рисунок из ACS Nano, 2010, 4 (7), 4190; DOI: 10.1021/nn1008337)

Границы раздела между различными фазами оксидов представляют собой важные компоненты магнитоэлектрических материалов и материалов для спинтроники, которые в будущем могут заменить микроэлектронные устройства на основе кремния, а также улучшить стабильность памяти других, уже существующих электронных технологий.

Однако границы раздела между оксидными фазами достаточно сложно анализировать с разрешением на атомном уровне, поскольку при извлечении оксидов из камер, в которых происходит их рост, образец оксида может быть загрязнен. Для того, чтобы обойти эту проблему, группа исследователей из Оак Ридж под руководством Арта Баддорфа (Art Baddorf) смогла создать уникальную систему, позволяющую применить сканирующую туннельную микроскопию и дифракцию пучков медленных электронов для получения изображения верхнего слоя оксида in situ, в вакуумированной камере, в которой рост оксидных материалов происходит под воздействием лазерных импульсов.

Ряд исследований похожих границ раздела между оксидами обычно основывался на изучении их с помощью скорректированной абберации изображений, полученных с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии, при этом фиксировался «вид сбоку».

Тем не менее, для получения полной информации об оксидных материалах недостаточно взглянуть на них только с одной стороны– желательно наблюдение за поверхностью системы. Для наблюдением за взаимодействием слоев верхнего и нижнего слоя оксидов исследователи с помощью сканирующей туннельной микроскопии не только изучали один слой оксида, но и наблюдали, как на его поверхности растет второй слой.

Баддорф отмечает, что ученые из его группы в отличие от предыдущих исследователей, наблюдая на границу раздела между двумя оксидами, не наблюдали идеально плоскую геометрически совершенную кристаллическую решетку, а достаточно сложную систему расположения атомов.

Различные комбинации оксидов в оксидных материалах может приводить к проявлению уникальных свойств. Например, по отдельности два оксида могут проявлять свойства изоляторов, но граница их раздела может проводить электрический ток. Изучение атомной структуры одного из оксидов позволяет исследователям более эффективно подбирать пары оксидов для создания оптимальных материалов для создания, например, транзисторов.

Один из авторов работы, Сергей Калинин (Sergei V. Kalinin) отмечает, что правильное применение материалов, свойства которых зависят от их границы раздела фаз, открывает новые возможности для практической разработки компьютерных процессоров и устройств преобразования энергии, а также более глубокого понимания физических процессов, лежащих в основе работы этих материалов.

Калинин добавляет, что за последнее десятилетие наблюдался весьма умеренный прогресс в разработке устройств для информационных технологий не на основе кремния, однако в настоящее время из кремния удалось выжать почти все, что возможно, что и побуждает исследователей изучать другие системы, потенциально применимые для создания микроэлектроники.

Атомное разрешение структур на границе раздела между различными оксидами в процессе их роста поможет исследователям изучить возможные эффекты структур, возникающие при комбинировании различных оксидов и создания новых материалов с практически полезными свойствами.

Источник: ACS Nano, 2010, 4 (7), 4190; DOI: 10.1021/nn1008337

метки статьи: #аналитическая химия, #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия, #химия поверхности