Verrassende verschijnselen op grensvlak tussen twee metaaloxides

Het grensvlak tussen strontiumtitanaat (SrTiO₃) en lanthaanaluminaat (LaAlO₃) vertoont een sterke elektrische geleiding, hoewel beide materialen van zichzelf isolatoren zijn. Dat schrijven onderzoekers van de Universiteit Twente en Stanford University (VS) in Physical Review Letters.

Het grensvlak vertoont bovendien magnetisme hoewel de oxides zelf niet magnetisch zijn, zo schrijven de Twentse onderzoekers samen met collega’s van de Radboud Universiteit Nijmegen in een publicatie die vrijwel gelijktijdig door Nature Materials online is gezet.

In het Nijmeegse High Field Magnet Laboratory zijn metingen aan de grensvlakken gedaan, waarbij onder meer bleek dat in een sterk magnetisch veld (30 Tesla) de elektrische weerstand nog eens 30 procent kleiner wordt. Bede verschijnselen hangen dus met elkaar samen.

De onderzochte materialen zijn zogeheten perovskieten. Ze zijn wel vaker betrapt op merkwaardige eigenschappen zoals hoge-temperatuur supergeleiding.

Om de grensvlakken te kunnen bestuderen hebben de onderzoekers de materialen eenheidscel voor eenheidscel aangebracht op een draagkristal, met behulp van laserpulsen. Zo’n eenheidscel is de kleinste basisstructuur waaruit een kristal bestaat. Tijdens het proces was de groei van elke eenheidscel tot in detail te volgen.

Op het niveau van de afzonderlijke atomen in een eenheidscel blijken lagen met verschillende lading voor te komen. Normaal gesproken worden afwisselend lagen met netto positieve en negatieve lading gestapeld, maar er zijn configuraties denkbaar waarbij twee positieve lagen op elkaar komen te zitten. Zo’n laag blijkt dan elektronen beschikbaar te stellen, die voor geleiding en magnetisme kunnen zorgen.

Uit het artikel in Physical Review Letters blijkt overigens dat lege zuurstofplaatsen op het grensvak ook een belangrijke rol te spelen bij de geleiding.

bron: FOM, Universiteit Twente