Накопление или истощение электронов на скрученном интерфейсе двухслойного титаната стронция при локальном атомном расположении
Было установлено, что простое скручивание и укладка двух слоев оксидных кристаллов позволяет атомной структуре контролировать поведение электронов. Подобно новым структурам, возникающим при наложении и вращении двух сеток, скрученный оксидный интерфейс образует специфические атомные конфигурации, которые действуют как "невидимый забор", либо захватывая, либо отталкивая электроны. Изучение механизма, лежащего в основе этого явления в скрученных оксидных интерфейсах, образующихся при определенных углах поворота, опубликовано в качестве главной статьи в журнале ACS Nano.
Рис. Диспропорционирование заряда, вызванное атомной координацией на скрученном интерфейсе двухслойной структуры SrTiO₃. Источник: POSTECH
Ключевой концепцией исследования является муаровый узор. Когда две решетки укладываются друг на друга, а один слой слегка поворачивается, возникает новый узор с гораздо большей периодичностью. До настоящего времени исследования таких скрученных двухслойных структур в основном были сосредоточены на двумерных материалах, таких как графен. В отличие от них, оксиды представляют собой жесткие трехмерные кристаллы, что затрудняет создание скрученных интерфейсов и селективный анализ межфазных структур.
В данной работе было использовано условие "решетки совпадений узлов (CSL)", при котором атомы периодически совпадают ( это когда два кристалла выровнены под определенным углом). Применив эту стратегию к оксидному кристаллу титаната стронция (SrTiO₃), было обнаружено, что скрученная граница раздела оксида образует муаровую сверхрешетку, состоящую из четырех различных атомных конфигураций, которые периодически повторяются.
Выраженные различия в распределении электронов наблюдались только в определенных атомных конфигурациях. Незначительные искажения в кислородных октаэдрах, где шесть атомов кислорода окружают атом титана, изменяли количество атомов кислорода, связанных с титаном. Изменение локальной координации резко изменило поведение электронов, подобно тому как расположение мебели в комнате влияет на траекторию движения людей. Другими словами, различия в расположении атомов сами по себе привели к совершенно разным схемам накопления или истощения электронов — явлению, которое исследователи описали как диспропорционирование заряда.
Для непосредственного определения места и механизма возникновения этой диспропорции заряда команда использовала усовершенствованную методику микроскопии с глубинным секционированием, позволяющую регулировать фокусную глубину с точностью до ангстрема. Такой подход позволил экспериментально визуализировать взаимосвязь атомных конфигураций и электронного поведения по всей поверхности раздела.
