Ultradunne, keramische 2D materialen kun je voorzien van allerhande interessante eigenschappen zoals supergeleiding en magnetisme. Toch zijn ze momenteel nog niet zo geschikt voor toepassing in elektronica, vanwege hun beperkte elektrische geleiding. Een onderzoeksconsortium, waar onderzoekers van UT-onderzoeksinstituut MESA+ onderdeel van uitmaken, hebben nu een methode gevonden om de elektrische geleiding van deze 2D materialen met een factor honderd te verbeteren. Het onderzoek is gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Nature Materials.
Momenteel is silicium hét materiaal dat wordt gebruikt voor halfgeleiders. Keramische materialen zouden een interessante toevoeging voor de halfgeleiderindustrie kunnen zijn, omdat je ze – door ze slim te construeren – kunt voorzien van allerhande interessante fysische eigenschappen. Zo kun je ze bijvoorbeeld voorzien van (combinaties van) magnetische, supergeleidende of juist isolerende eigenschappen. Beperkende factor voor toepassing van keramische 2D materialen in halfgeleiders is momenteel echter dat ze vaak een zeer beperkte elektrische geleiding hebben. Wetenschappers overal op de wereld zijn al jaren op zoek naar methoden om deze geleiding te verbeteren.
Extra laagje
Keramische 2D materialen zijn opgebouwd uit verschillende lagen. Wetenschappers van een internationaal onderzoeksconsortium hebben nu een methode gevonden om de geleiding te verbeteren. Ze deden dit door de lagen te scheiden met een extra laagje (opgebouwd uit lanthaan, strontium en mangaanoxide) van slechts één atoom dik. Dit extra laagje zorgt er voor dat de elektronen gescheiden worden van defecten en daardoor makkelijker door de andere lagen heen kunnen stromen en het verbetert daarmee de elektrische geleiding met een factor honderd. Volgens dr. ir. Mark Huijben, die mede namens de Universiteit Twente bij het onderzoek betrokken was, komt hiermee de toepassing van keramische 2D materialen in de halfgeleiderindustrie een stap dichterbij. Ook is de verbetering van de elektrische geleding volgens Huijben een belangrijke stap voor het fundamentele onderzoek, omdat je door de verbeterde geleiding fysische eigenschappen, zoals kwantumverschijnselen, beter kunt bestuderen.
Onderzoek
Het onderzoek is uitgevoerd door wetenschappers van de Technische Universiteit Denemarken, UT-onderzoeksinstituut MESA+, de University of British Columbia en Canadian Light Source (Canada), het Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids (Duitsland), de Universiteit van Antwerpen (België), de Universiteit van Kopenhagen (Denemarken), het Max Planck Institute for Solid State Research (Duitsland) en het Weizmann Institute of Science (Israël). De onderzoekers van de Universiteit Twente hebben zich binnen het onderzoek gericht op het meten van de elektronische toestand tijdens de verschillende fases van het fabricageproces van het 2D materiaal in een extreem schone omgeving.
Het artikel getiteld “Extreme mobility enhancement of two-dimensional electron gases at oxide interfaces by charge-transfer-induced modulation doping” door Y. Z. Chen, F. Trier, T.Wijnands, R. J. Green, N. Gauquelin, R. Egoavil, D. V. Christensen, G. Koster, M. Huijben, N. Bovet, S. Macke, F. He, R. Sutarto, N. H. Andersen, J. A. Sulpizio, M. Honig, G. E. D. K. Prawiroatmodjo, T. S. Jespersen, S. Linderoth, S. Ilani, J. Verbeeck, G. Van Tendeloo, G. Rijnders, G. A. Sawatzky en N. Pryds, is gepubliceerd in Nature Materials [DOI: 10.1038/nmat4303].
