Investigando las propiedades electrónicas de los gases de electrones bidimensionales (estados electrónicos cuánticos denominados gases 2DEGs) que se forman en las intercaras de láminas delgadas cristalinas de los óxidos LaAlO3/SrTiO3 con orientaciones [001] y [110], el estudio demuestra que la orientación del cristal impone diferentes simetrías y jerarquía energética de los estados electrónicos confinados en la intercara. Para desarrollar este estudio, fue necesario combinar, por una parte, la experiencia del equipo del ICMAB-CSIC en la fabricación a escala atómica de capas delgadas de óxido mediante el sistema de deposición de láser pulsado y, por otra parte, la alta sensibilidad y precisión de los experimentos de espectroscopía realizados con rayos X blandos en la línea de luz BOREAS.
Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), la Universidad Complutense de Madrid (UCM), el Instituto di Struttura della Materia (Italia), el Oak Ridge Laboratory (USA), y el Sincrotrón ALBA han analizado la diferente simetría orbital y la estructura electrónica de las intercaras LaAlO3/SrTiO3. Recientemente se ha descubierto que las intercaras de láminas delgadas de óxido muestran propiedades físicas inesperadas. Por ejemplo, al juntar dos capas aislantes o no magnéticas, la intercara puede ser conductora, superconductora o bien magnética. Por ese motivo, la ingeniería y control de estas propiedades electrónicas es un tema de gran interés científico debido a su contribución fundamental y su gran potencial en futuras aplicaciones.
Según Gervasi Herranz, investigador del ICMAB-CSIC y uno de los autores que lidera el estudio, esta investigación abre el camino para controlar la simetría y estructura de las propiedades electrónicas en las intercaras de óxido, proporcionando una nueva estrategia en la ingeniería de materiales electrónicos de dos dimensiones, lo que supone un avance significativo.
Los experimentos de espectroscopía de rayos X que se realizaron en la línea de luz BOREAS del Sincrotrón ALBA fueron clave para determinar la distinta jerarquía y la simetría de les estados electrónicos. Según Manuel Valvidares, científico responsable de BOREAS, este hecho demuestra que el Sincrotrón ALBA es efectivo para potenciar la ciencia de alto nivel que desarrollan grupos de investigación como el ICMAB-CSIC.
El estudio se ha podido realizar gracias a la combinación de, por una parte, la experiencia e instrumentación disponible para la fabricación de las muestras en el ICMAB-CSIC, y la alta precisión y sensibilidad de los rayos X de ALBA así como la colaboración de su personal en los experimentos.
Fig: (izquierda) Espectro de absorción (y dicroísmo lineal) de las estructuras de capas delgadas de óxido LaAlO3 (8MLs) /SrTiO3 con orientación (001) y (110); (medio) Esquema de nivel de energía correspondiente de los estados electrónicos en la intercara; (derecha) Imagen -en falso color- de microscopía electrónica de transmisión que demuestra la calidad atómica de las muestras.
