.jpg)
Academia Română a fost creată în 1866 pentru a cristaliza cele mai înalte valori intelectuale din provinciile românești într-o societate erudită menită să consolideze identitatea națională pe baza a patru componente esențiale: limbă și literatură, istorie, etnografie și cultură. La...
Studiul interfețelor în structuri oxidice - prioritate de cercetare în INCDFM pentru următorii 3 ani
La 1 iunie 2012, în Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM) a început derularea proiectului cu titlul „Efectul interfețelor asupra transportului de sarcină în heterostructuri feroice/multiferoice”. Acest proiect a fost câștigat in cadrul programului Idei-Proiecte Complexe de Cercetare Exploratorie (PCCE) la competiția organizată în anul 2011 (PNII-ID-PCE-2011-2-0006) și este finanțat prin contractul PCCE 3/2012).
Dr. Lucian Pintilie, Director proiect PCCE 3/2012
Studiul interfețelor în structurile oxidice a căpătat o amploare și importanță din ce în ce mai mari având în vedere potențialul de aplicații al acestora în microelectronică și optoelectronică, la concurență cu materialele semiconductoare clasice cum ar fi Si sau GaAs. Se știe deja că interfețele joacă un rol foarte important în structurile semiconductoare, cum ar fi contactul metal-semiconductor în barierele Schottky, de interfață de separare între zonele de conducție de tip n si de tip p in homo sau heterojoncțiunile p-n utilizate în diode și tranzistori bipolari, sau de interfață dintre oxidul de poartă și substratul semiconductor în structurile MOS utilizate în construcția tranzistoarelor cu efect de câmp. Practic nu se poate imagina un dispozitiv semiconductor, fie că este vorba de o diodă rectificatoare sau de un tranzistor, în care interfețele să nu joace un rol determinant pentru caracteristicile electrice macroscopice ale aplicației respective.
În ultimii ani însă materialele oxidice cu proprietăți magnetice, feroelectrice sau multiferoice au început să fie utilizate în aplicații precum memorii nevolatile, devenind astfel important studiul interfețelor în heterostructuri metal-feroelectric-metal (MFM), în heterostructuri pentru tunelare prin efect magnetoresistiv (tunneling magentoresistance-TMR) și/sau prin efect electrorezistiv (tunneling electroresistance (TER), sau în heterostructurile numite „multiferoici artificiali” (rezultate prin cuplarea unui material cu proprietăți magnetice cu un altul care are proprietăți feroelectrice).
În toate cazurile amintite mai sus este important studiul proprietăților structurale, compoziționale, magnetice și electrice ale interfeței. Proiectul adjudecat de INCDFM își propune tocmai acest lucru, bazat pe experiența existentă în institut și pe infrastructura de excepție achiziționată în ultimii ani. Cu o durată de 3 ani și un buget contractat de 7 milioane de lei (circa 1,55 milioane euro), proiectul „Efectul interfețelor asupra transportului de sarcină în heterostructuri feroice/multiferoice” angrenează 6 echipe de cercetători (5 din INCDFM și una de la Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” din Iași) cuprinzând circa 50 de persoane (dintre care circa două treimi sunt tineri post-doctoranzi sau studenți la doctorat). Ultimele 6 poziții de studenți la doctorat au fost ocupate în urma anunțurilor făcute publice pe site-urile
http://ec.europa.eu/euraxess/index.cfm/org/index și http://jobs.ancs.ro/, precum și pe site-ul INCDFM (www.infim.ro).
Derularea proiectului cuprinde câteva etape esențiale, printre care se pot aminti: creșterea de heterostructuri oxidice epitaxiale utilizând depunerea în fascicol laser pulsat (pulsed laser deposition-PLD); caracterizarea structurală prin difracție de raze X și prin microscopie electronică de înaltă rezolutie (high resolution transmission electron microscopy-HR-TEM, folosind nou achizitionatul microscop JEOL ARM-200F, dotat cu corector Cs pentru aberații sferice și având o rezoluție de 0,08 nm în modul de baleiaj); investigarea compoziției și a proprietăților electronice la suprafață/interfață utilizând noul cluster pentru fizica suprafețelor/interfețelor (conține camera de depunere în fascicol molecular-MBE, instalații XPS/UPS cu rezoluție unghiulară si de spin, microscop cu tunelare-STM, etc.); investigarea proprietăților electrice magnetice și optice utilizând laboratoarele modernizate în urma finalizării proiectului POS-CCE cu titlul „Centru Euro-Regional de Studii al Materialelor Avansate, al Suprafețelor și Interfețelor – CEUREMAVSU” în martie 2011. De altfel majoritatea echipamentelor de caracterizare ce vor fi utilizate în cadrul proiectului Idei-PCCE au fost achiziționate prin proiectul POS-CCE derulat între 2009 și 2011, cu un buget de circa 10 milioane de euro alocați exclusiv pentru îmbunătățirea infrastructurii de cercetare.
Dintre materialele ce vor fi studiate pot fi amintite: titanatul de bariu (BaTiO3) și titano-zirconatul de plumb (Pb(Zr,Ti)O3-PZT), ambele cunoscute ca având proprietăți feroelectrice foarte bune; ferita de bismut (BiFeO3), care are proprietăți multiferoice, având, în același timp, proprietăți feroelectrice și antiferomagnetice la temperatura camerei; ferita de cobalt (CoFe2O4-CFO) și alte ferite ne-conductoare; rutenatul de strontiu (SrRuO3-SRO), care este conductor; manganatul de lantan dopat cu strontiu (La(Sr,Mn)O3-LSMO), care este conductor și cu proprietăți feromagnetice. Este posibilă de asemenea și testarea unor noi materiale cum ar fi perovskitii dubli, care pot prezenta proprietăți magnetice la temperaturi mai ridicate decât LSMO (temperatura de tranziție mai mare de 340 K). Pe lângă materialele oxidice cu proprietăți conductoare menționate mai sus (SRO, LSMO) diverse metale vor fi utilizate pe post de electrozi, inclusiv cu proprietăți magnetice (ex. Au, Cu, Pt, Al, dar si Fe, Co).
Trei tipuri principale de structuri vor fi testate: structuri MFM simple, cu electrozi din metal sau oxizi conductori, fără proprietăți magnetice (vor permite elucidarea rolului pe care îl au interfețele cu electrozii în controlul curentului de scurgeri în memoriile nevolatile pe bază de straturi subțiri feroelectrice); structuri pentru aplicații TMR/TER, combinând electrozi cu proprietăți magnetice (metale sau oxizi) cu un strat ultra-subțire feroelectric (aceste structuri au potențial de aplicații în memorii nevolatile cu stări multiple); structuri multiferoice artificiale, rezultate prin cuplarea de ferite (sau alți oxizi cu proprietăți magnetice dar ne-conductori) cu straturi subțiri feroelectrice (aceste structuri pot prezenta valori ridicate ale coeficientului magnetoelectric datorită cuplajului interfacial dintre efectul piezoelectric existent în feroelectric și magnetostricțiunea specifică stratului cu proprietăți magnetice). Proiectul va cuprinde toate etapele cercetării, de la creșterea straturilor epitaxiale și până la modelarea teoretică a transportului de sarcină, iar rezultatele vor fi publicate în jurnale internaționale cu factor de impact cât mai ridicat. Nu este exclusă nici apariția unor patente legate de noi materiale/structuri sau de controlul proprietăților electrice prin inginerie de interfețe.
Deşi proiectul a început de numai 3 luni, deja primele rezultate au început să apară. Au fost realizate două tipuri de structuri prin tehnica PLD: PZT-CFO-PZT pe un substrat monocristalin de titanat de strontiu (SrTiO3) cu strat tampon de SRO conductor; MFM, prin depunerea unui strat subțire epitaxial de PZT pe un substrat monocristalin de titanat de strontiu (SrTiO3), cu strat tampon de SRO conductor și electrozi superiori din diferite materiale conductoare (SRO, Au, Pt, Cu, Al). Ambele structuri au fost caracterizate structural și electric. Figura 1-stânga prezintă imagini obținute prin HR-TEM pe structura PZT-CFO-PZT. Se observă calitatea epitaxială foarte bună a interfeței SRO/PZT, precum și faptul că CFO crește piramidal pe stratul de PZT. Figura 1-dreapta prezintă curba de histerezis obținută pe aceeași structură. Se observă o valoare ridicată a polarizării, alterată totuși de prezența unui curent de scurgeri semnificativ. Rezultatul este interesant, pentru că stratul de CFO nu este polar și era de așteptat ca prezența sa să afecteze negativ compensarea sarcinii de polarizare din PZT. Figura 2 prezintă rezultatele măsurătorilor XPS efectuate pe o structură Au/PZT, care sugerează formarea unei bariere de potențial de 0.45 eV la interfață.
Figura 1. Imagini HR-TEM ale structurii simetrice PZT-CFO-PZT (st.); ciclul de histerezis al polarizării și curentului (dr.).
Figura 2. Rezultatele studiului XPS privind curbura de benzi la interfaţa PZT/Au.
Parerea ta conteaza: 
România, cot la cot cu Botswana, Gabon, Malta şi alte „puteri” mondiale ale ştiinţei şi cercetării
