Атомный карандаш. Он же ластик

Ученые научились “рисовать” проводящие участки, а затем при необходимости “стирать” их, как ластиком на границах сложных оксидных систем. Такая методика очень пригодится при разработке новых наноэлектронных устройств.

Исследователи из Университета Питтсбурга (University of Pittsburgh, США) и Университета Аусбурга (University of Augsburg, Германия) разработали метод «рисования» проводящих участков на непроводящей границе раздела оксидов. В качестве “бумаги” они использовали границу раздела между диэлектриками SrTiO₃ и LaAlO₃ (оксиды со структурой перовскита), тогда как функцию “карандаша” выполняла игла атомного силового микроскопа. При этом подложка SrTiO₃ заканчивалась слоем диоксида титана (TiO₂), а толщина пленки LaAlO₃ составляла ровно три периода элементарной ячейки кристалла.

Оксиды со структурой перовскита проявляют такие свойства, как сегнетоэлектричество, высокотемпературная сверхпроводимость, колоссальное магнетосопротивление и пр. (отметим, что в 2007 году за открытие колоссального магнетосопротивления французский учёный Альбер Фер и немецкий физик Петер Грюнберг были удостоены Нобелевской премии по физике – см. также http://www.nkj.ru/archive/articles/12042/ ).

Как поясняет журнал ПерсТ, граница раздела оксидов с «прорисованными» проводящими дорожками практически не проводит электрический ток. Но при подаче положительного напряжения на иглу микроскопа и движении этой иглы вдоль поверхности пленки от одного электрода к другому (см. рисунок) между этими электродами начинает протекать ток. Если теперь подать на иглу отрицательное напряжение и пересечь ею проводящую дорожку в перпендикулярном направлении, то проводимость вновь исчезает – дорожка оказывается “разрезанной”. Это происходит при перемещении иглы всего на ~ 3 нм, что дает оценку характерной ширины проводящей дорожки. Интересно, что эксперименты с пленками LaAlO₃ толщиной в две и четыре элементарные ячейки (а не три) дали отрицательный результат.

(На рисунке представлена схема устройства для рисования проводящих проводов. Стрелка показывает направление движения иглы атомного силового микроскопа. На вставке изображена последовательность чередования атомных слоев вблизи границы раздела SrTiO₃/LaAlO₃).