Неожиданное поведение многослойных структур

Новый класс материалов, разработанных в Арканзасском университете, может повлиять на следующее поколение наноустройств, в которых интегральные схемы будут состоять из многих слоев разнородных материалов, таких как ферромагнетики и сверхпроводящие окислы.

Исследователи использовали инновационную туннельную микроскопию и спектроскопию для сканирования поперечного сечения образцов в Аргоннском центре наномасштабных материалов, чтобы разработать метод первого прямого наблюдения физического и химического поведения электронов и атомов в пограничных областях между разнородными материалами.

«Основной вопрос в том, что обычная современная электроника на основе кремния порождает много проблем при работе на нанометровом масштабе, - сказал проф. Джек Чахалян (Jak Chakhalian). - Интегральные схемы используют много слоев функционального материала. По мере того как слои становятся тоньше, материалы начинают вести себя странно и часто ненадежно. Таким образом, вопрос размера границы раздела, где два материала «говорят» друг с другом, или влияют друг на друга, становится критическим».

Те Ю Чянь (Te Yu Chien), бывший научный сотрудник в университете, разработал методику на источнике синхротронного излучения (Advanced Photon Source) в Аргонне, чтобы помочь исследовательской группе проф. Чахаляна найти способ прямого наблюдения на поверхности раздела двух разнородных окислов.

«Это был прорыв, - сказал проф. Чахалян. - Он нашел “нож”, который разрезал многослойный “сэндвич”. Раньше было крайне сложно, если не невозможно, заглянуть внутрь слоистого комплексного оксида наноматериала, который мы разработали здесь, в нашей лаборатории, потому что он ломается, когда его разрезают».

Техника Чянь обеспечила исследователей важной информацией: не только атомные слои говорят друг с другом, но они также глубоко влияют друг на друга на шкале один-два нанометра.

«Мы обнаружили, что в наших материалах слои сильно влияют друг на друга, - сказал проф. Чахалян. - Впервые мы показали, как электроны и ионы взаимодействуют в атомном масштабе в этих сложных многослойных структурах, и это было не тем, что ожидали многие. Это фантастика. Итак, теперь мы можем тонко управлять этими материалами на атомном уровне, создав правильную границу раздела, которая определяет свойства этих материалов».

Изображение поперечного сечения многослойной структуры в наномасштабе

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365