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Funzionalità del 19 luglio 2023

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di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Il titanato di stronzio (SrTiO3), un ossido di stronzio e titanio con una struttura perovskite, ha molte proprietà vantaggiose, tra cui l'accoppiamento spin-orbita, la accordabilità elettrica e la superconduttività non convenzionale. Rispetto alla superconduttività dei metalli convenzionali, come alluminio o niobio, la superconduttività di SrTiO3 persiste a basse densità di elettroni, alle quali può essere controllata tramite l'applicazione di tensioni elettriche.

Le proprietà uniche di SrTiO3 lo rendono un materiale promettente per lo sviluppo di tecnologie quantistiche. Tuttavia, lo sviluppo di questi dispositivi si è finora rivelato piuttosto impegnativo, a causa degli elevati livelli di disordine nelle nanostrutture di SrTiO3.

I ricercatori della Stanford University, dello SLAC National Accelerator Laboratory e di altri istituti hanno recentemente realizzato nuovi dispositivi con gate sintonizzabile basati su SrTiO3 che presentano un'elevata mobilità degli elettroni. Questi dispositivi, introdotti in un articolo pubblicato su Nature Electronics, possono trasportare carica quantizzata, il che potrebbe avere preziose implicazioni per lo sviluppo della tecnologia quantistica basata su SrTiO3.

"Volevamo imparare come creare canali stretti su scala nanometrica in SrTiO3", ha detto a Tech Xplore Evgeny Mikheev, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "Questo materiale è sia tecnologicamente che scientificamente interessante per la sua insolita superconduttività, che a basse densità può essere controllata applicando tensioni ai contatti di gate all'interno di strutture simili a transistor.

"Il nostro obiettivo principale era quello di realizzare dispositivi con quantità sufficientemente basse di difetti e impurità ("disordine") per entrare nel regime in cui gli elettroni fluiscono balisticamente attraverso una stretta costrizione senza entrare in collisione con i difetti. In campioni molto puliti, questo può portare a una carica quantizzata trasporto attraverso canali balistici discreti. Questo è chiaramente osservabile come passaggi tra altipiani nei dati di conduttanza elettrica mostrati nel nostro articolo."

I dispositivi realizzati da Mikheev e dai suoi colleghi hanno un design unico attentamente studiato per consentire il trasporto di carica quantizzata attraverso canali balistici discreti. Si basano su canali di gas elettronici 2D SrTiO3 e un gate liquido ionico, diviso da un sottile strato barriera di ossido di afnio.

"Il nostro studio si basa su due lavori precedenti del gruppo di David Goldhaber-Gordon", ha spiegato Mikheev. "Il primo è il mio precedente articolo pubblicato nel 2021, in cui abbiamo segnalato una stretta costrizione nel titanato di stronzio. È stato realizzato creando un gas di elettroni 2D sulla superficie di SrTiO3 con una tecnica chiamata gating del liquido ionico. Il liquido ionico è localmente" ombreggiato" dal titanato di stronzio con un contatto di gate nanostrutturato, creando la costrizione. L'aspetto che volevamo migliorare in questo studio era la riduzione del disordine."