材料之謎解決了下一代電子設備的關鍵

想想任何著名二人組的一半，另一半可能會浮現在腦海中。它們不僅相互補充，而且它們一起工作得更好。

在氧化物電子材料的新興領域也是如此。這些多功能材料具有電子，磁性和超導等多種行為，可以擴展我們對傳統硅基電子設備(如手機或計算機)功能的思考方式。

然而到目前為止，還缺少一個關鍵方面 - 一個補充氧化物電子學中電子功能的方面。由威斯康星大學麥迪遜分校的材料科學家Chang-Beom Eom領導的一個團隊直接觀察到，為了推動氧化物電子材料的發展，缺少了二重奏的下半部分。

它被稱為二維空穴氣體 - 與二維電子氣體相對應。十多年來，研究人員已經認識到可能存在氣孔外觀，但未能通過實驗創造出來。

今天(2018年2月5日)在自然材料雜志上發表文章，Eom和他的合作者提供了與電子氣共存的空氣的證據。他們設計了一種超薄材料，稱為薄膜結構，專門用于這項研究。

“二維孔氣不可能主要是因為無法生長出足夠完美的晶體，”Eom說，Theodore H. Geballe教授和Harvey D. Spangler材料科學與工程杰出教授。“在里面，有一些缺陷會殺死這些氣體。”

Eom是材料增長的世界專家，他使用的技術可以讓他精確地構建或“生長”每層原材料的材料。這種專業知識，結合對結構中各層之間相互作用的深入了解，是識別難以捉摸的二維氣孔的關鍵。

“我們能夠設計出正確的結構，并制造出近乎完美的晶體，所有這些晶體都沒有使孔氣降解的缺陷，”他說。

識別孔氣的同樣重要的是Eom組裝各層的幾乎對稱的方式 - 類似于三明治。雖然其他研究人員將材料制成雙層結構，但Eom設計了三層結構。他在底部交替層疊氧化鍶和二氧化鈦，然后是氧化鑭和氧化鋁層，然后在頂部添加額外的氧化鍶和二氧化鈦層。

結果，空穴氣體在頂部的層的界面處形成，而電子氣體在底部的層的界面處形成 - 這是非常強大的互補對的第一次演示。

正如50年前的人們可能無法想象通過無線設備進行通信一樣，這一進步提出了一個平臺，可以實現新概念 - 今天仍然超出我們最瘋狂夢想的應用程序。

“我們不只是提高設備的性能，”Eom說。“所以，不要改進手機，例如 - 但是設想一種全新的設備可以通過這種進步實現。這是一條激動人心的新道路的開始。”