Met röntgenstraling zijn verborgen structuren zichtbaar te maken zoals de botten van de mens. Fysici van de Julius-Maximilians-Universität Würzburg hebben hiermee nu ook de elektronische structuur van de grenslaag in een vaste stof aangetoond. Grenslagen zijn belangrijk voor de functionaliteit van moderne elektronische componenten zoals transistoren. Wie zulke componenten wil verbeteren of opnieuw ontwikkelen, moet de eigenschappen van de grenslagen goed kennen.
De fysici uit Würzburg hebben samen met collega’s van de Universität Augsburg en het Paul Scherrer-Institut een hele speciale grenslaag geanalyseerd. Op een basis van strontiumtitanaat brachten ze enkele zeer dunne lagen lanthanaluminaat aan. Ze interesseerden zich voor het gebied waarbij de beide materialen op elkaar komen. Beide materialen zijn namelijk goede isolatoren, hoewel ze elektrische stroom geleiden als men ze samenbrengt.
Aan de grens tussen de lagen vormt zich een geleidende laag een zogenaamd elektronengas dat bij zeer lage temperaturen zelfs supergeleidend wordt waardoor elektrische stroom zonder verliezen wordt getransporteerd. Bovendien is het mogelijk om de geleiding van de laag in- en uit te schakelen. Dat maakt deze materialen interessant voor toekomstige toepassingen.
Elektronengas
Het bestaan van de geleidende laag tussen beide materialen werd al in 2004 bewezen. Nu hebben de wetenschappers echter voor het eerst met grote precisie de dichtheid en de dikte vastgesteld. Beide zijn belangrijke parameters voor de elektronische eigenschappen van de geleidende lagen.
De geleidende elektronen blijken slechts in één enkele laag van het strontiumtitanaat voor te komen, namelijk direct aan de binnenste grenslagen naar het aluminaat. Met deze structuur is het in de toekomst misschien mogelijk om componenten zoals chips nog verder verkleinen. Bovendien zijn beide materialen mogelijk geschikt als alternatief voor silicium, momenteel het belangrijkste basismateriaal voor de halfgeleiderindustrie.
Perspectieven
Componenten op siliciumbasis functioneren niet betrouwbaar bij temperaturen boven 200°C en ook bij temperaturen onder het vriespunt. Oxidekeramieken (zoals lanthanaluminaat en strontiumtitanaat) doen dat wel en zouden ook in agressieve omgevingen kunnen worden gebruikt zoals in vuilverbrandingsinstallaties of in de ruimte.
Het volgende doel van de fysici is om de geleidende grenslagen van een functionerend component te analyseren. Daarvoor willen ze een FET-transistor van lanthanaluminaat en strontiumtitanaat gebruiken. Ze hopen uit de experimenten nog meer kennis te verzamelen over de processen, die bij het schakelen van de stroom in zo ’n structuurlaag plaatshebben.
