В эксперименте получен стабильный электронный 2D-газ

Об открытии, которое может иметь значительные последствия для будущих поколений микроэлектронных устройств, сообщают сотрудники Венского Технологического института. Им удалось получить стабильный двумерный электронный газ в титанате стронция. В тонком приповерхностном слое этого материала электроны могут перемещаться свободно и принимать различные квантовые состояния.

Если этот материал рассечь под определенным углом, атомы в поверхностном слое образуют структуру, отличающуюся от той, которая характерна для его объема. «Внутри, с каждым атомом титана соседствуют шесть атомов кислорода, тогда как на поверхности каждый атом титана соединяется только с четырьмя атомами кислорода», — пишет профессор Ульрик Диболд (Ulrike Diebold). Этим объясняется значительная химическая стабильность поверхности: обычно такие материалы разрушаются в контакте с водой или кислородом.

При облучении электромагнитными волнами этой поверхности, из нее удаляются атомы кислорода. Их недостаток восполняет миграция кислорода из объема материала, где, в свою очередь, создается дефицит кислорода и избыток электронов (экспериментальная часть работы проводилась с использованием синхротрона BESSY в Берлине).

Электроны под поверхностью могут перемещаться свободно и носят название электронного газа. На его наличие ранее указывал ряд экспериментов, но до сих пор получить стабильный поверхностный электронный газ не представлялось возможным. В зависимости от интенсивности излучения количество электронов меняется. Помимо этого, настраивать электронные свойства материала можно, добавляя в него различные атомы.

Электронный газ в титанате стронция демонстрирует множество разнообразных энергетических структур, их изучение станет темой дальнейших исследований. Некоторые из этих энергетических зон, как предполагают авторы работы, могут порождать интересные магнитные эффекты или сверхпроводимость.