Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schlüsselelemente für eine Elektronik nach Maß: Elektron-Loch-Systeme an Oxidgrenzflächen

22.04.2010
Die Grenzflächen komplexer Oxide zeigen oft unerwartete Eigenschaften, die nicht in den Ausgangsmaterialien vorhanden sind. Eine gezielte Manipulation dieser Eigenschaften könnte zu elektronischen Bauteilen mit maßgeschneiderten Funktionen führen.

Ein Team um die LMU-Physikerin und Materialwissenschaftlerin PD Dr. Rossitza Pentcheva konnte nun erstmals die Vorgänge an der Grenzfläche von Oxidschichten - hier aus den beiden Isolatoren Lanthanaluminat (LaAlO3) und Strontiumtitanat (SrTiO3) - entschlüsseln. Wie kürzlich von Augsburger Forschern um Professor Mannhart nachgewiesen, entwickelt sich ab einer gewissen Dicke der LaAlO3-Schicht ein zweidimensionales Elektronengas.

Dann leitet die bislang isolierende Grenzschicht Strom. "In einer internationalen Kooperation haben wir nun gezeigt, dass sich dieser Effekt durch eine Deckschicht aus SrTiO3 zusätzlich manipulieren lässt", berichtet Pentcheva. "Besonders spannend ist, dass sich dabei eine Doppellage aus mobilen Elektronen an der Grenzfläche und Löchern an der Oberfläche ausbildet, den positiv geladenen Gegenstücken der Elektronen." Dieses Elektron-Loch-System, bei dem die Ladungsträger nur ein bis zwei Nanometer voneinander getrennt sind, könnten Schlüsselelemente in der weiteren Miniaturisierung elektronischer Bauelemente werden.(Physical Review Letters online, 22. April 2010)

Übergangsmetalloxide sind außerordentlich spannende Werkstoffe, weil sie dank der starken Wechselwirkung ihrer Elektronen vielfältige Eigenschaften zeigen. Als Hochtemperatur-Supraleiter etwa leiten sie bei tiefen Temperaturen elektrischen Strom ohne Energieverluste. Manche Oxide sind dagegen magnetisch oder ferroelektrisch, etwa weil sie ein permanentes elektrisches Dipolfeld aufbauen. Manchmal kann ein Magnetfeld auch den elektrischen Widerstand des Materials extrem stark verändern. Dieser kolossale Magnetowiderstand ähnelt dem Riesenmagnetowiderstand, auf dem die Leseköpfe von Festplatten basieren. So könnten Übergangsmetalloxide die Grundlage für eine künftige Spintronik bilden, welche die Ladung der Elektronen und auch deren magnetisches Moment für die Informationsverarbeitung nutzt.

Die Herstellung von oxidbasierten Schichtstrukturen mit atomarer Präzision ist erst seit Kurzem möglich. Um Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu erhalten, müssen im Labor eine Vielzahl von Parametern variiert werden. Da im Experiment mehrere Faktoren zusammenwirken, können allerdings die Ursachen oft nicht eindeutig identifiziert werden. Deshalb spielen komplexe quantenmechanische Simulationen eine große Rolle, mit deren Hilfe das Verhalten eines Materials auf der atomaren Ebene berechnet werden kann.

Entsprechend modellierten die Forscher um PD Dr. Rossitza Pentcheva am Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU die elektronischen Phänomene bei Übergangsmetalloxiden, indem sie die quantentmechanischen Wechselwirkungen einzelner Atome an den Grenzflächen zwischen LaAlO3- und SrTiO3-Schichten berechneten. "Wir haben einen neuen und besonders einflussreichen Parameter gefunden", sagt die Materialwissenschaftlerin. "Wie sich in Zusammenarbeit mit Kollegen der University of California in Davis gezeigt hat, lässt eine SrTiO3 Deckschicht das System schon bei einem deutlich dünneren LaAlO3-Film elektrisch leitend werden." Experimente an der niederländischen Universität Twente haben dies bestätigt.

Weil LaAlO3 formal aus positiv und negativ geladenen Lagen besteht, ist seine Oberfläche polar. Um diesen Ladungsunterschied auszugleichen, entsteht an der Grenzfläche zum neutralen SrTiO3 ein Elektronengas. Zudem bildet sich an der Oberfläche des Systems eine Lage mit positiven Ladungsträgern, den Löchern - als Gegenstück zu den negativ geladenen Elektronen. Derartige Elektron-Loch-Paare sind Schlüsselelemente in der Halbleiterelektronik. So beruht etwa die Funktion von Solarzellen darauf, dass Licht ein Elektron auf ein neues Energieniveau hebt. Dabei bleibt ein Loch zurück. Im Gegensatz zu Halbleitern sind in diesem System die Elektron-Loch Schichten nur ein bis zwei Nanometer voneinander entfernt.

Solche Systeme könnten eine Schlüsselrolle für die weitere Miniaturisierung von Elektronik-Bauelementen spielen. "Wir wollen nun gezielt nach Materialkombinationen mit neuartigen elektronischen Eigenschaften suchen", sagt Pentcheva. Dieses Projekt soll im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs SFB/TRR80 "Von elektronischen Korrelationen zur Funktionalität" durchgeführt werden. (CR/suwe)

Publikation:
"Parallel electron-hole bilayer conductivity from electronic interface reconstruction",
R. Pentcheva, M. Huijben, K. Otte, W.E. Pickett, J.E. Kleibeuker, J. Huijben, H. Boschker, D. Kockmann, W. Siemons, G. Koster, H.J.W. Zandvliet, G. Rijnders, D.H.A. Blank, H. Hilgenkamp, and A. Brinkman

Physical Review Letters, 22. April 2010

Ansprechpartner:
PD Dr. Rossitza Pentcheva
Sektion Kristallographie
Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU
Tel: 089 / 2180 - 4352
Fax: 0 89 / 2180 - 4334
E-Mail: pentcheva.@lrz.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.kristallographie.geowissenschaften.uni-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise