Door materialen op de juiste manier te stapelen, kunnen de grensvlakken stroom geleiden of juist niet, aldus onderzoekers van het MESA+ Instituut, FOM en de Universiteit van Antwerpen.

Deze geleidingseigenschappen ontstonden door ultradunne lagen strontiumtitanaat (SrTiO₃) en lanthaanaluminaat (LaAlO₃) op atomair niveau te ‘sandwichen’. Hierdoor kon het materiaal of geleidend of juist isoleren worden.

Het eerste materiaal is samengesteld uit ladingsneutrale Sr²⁺O^2- en Ti⁴⁺O^2-₂ ‘bolletjes’, terwijl het andere materiaal uit positieve La³⁺O^2- en negatieve Al³⁺O^2-₂ bolletjes bestaat. In het grensvlak tussen beide materialen ontstaan twee type interacties; LaO met TiO₂ en AlO₂ met SrO. Het eerste grensvlak gedraagt zich als een metallische geleider, doordat extra elektronen in de geleidingsband (de band boven de valentieband) van TiO₂ geplaatst zullen worden. Het AlO₂- SrO grensvlak is isolerend, veroorzaakt door een energiekloof die veel groter is dan de thermische energie van het elektron.

De twee verschillende grensvlakken kunnen elkaar ook elektronisch beïnvloeden. Wanneer ze op een afstand van ongeveer 2,3 nanometer van elkaar geplaatst worden, neemt de geleiding van het La-TiO₂ gradueel af. Deze geleidingsafname wordt veroorzaakt door afname in de dichtheid van mobiele ladingsdragers.

De materialen werden gestapeld met een aan de UT ontwikkelde depositietechniek. Hierbij wordt bijvoorbeeld een blokje strontiumnitraat met een laser beschoten. Dit gebeurt op temperaturen bij ongeveer 10.000 °C, waardoor het kristal verdampt. In de damp bevinden zich zuurstof-, titaan- en strontiumatomen, die weer in kristalvorm op een oppervlak neerslaan. Met de laser kun je materialen laag voor laag bouwen, alsof er iedere keer een rij legoblokjes wordt toegevoegd aan een legohuisje.

Deze stapelingstechniek kan gebruikt worden voor het ontwikkelen van een nieuw type transistor die werkt met het fenomeen van de grensvlakgeleiding. Op atomaire schaal zouden halfgeleiders gemaakt kunnen worden, door de afstand tussen de grensvlakken te veranderen.

Bron: FOM, 23 juni 2006