材料之谜解决了下一代电子设备的关键

想想任何着名二人组的一半，另一半可能会浮现在脑海中。它们不仅相互补充，而且它们一起工作得更好。

在氧化物电子材料的新兴领域也是如此。这些多功能材料具有电子，磁性和超导等多种行为，可以扩展我们对传统硅基电子设备(如手机或计算机)功能的思考方式。

然而到目前为止，还缺少一个关键方面 - 一个补充氧化物电子学中电子功能的方面。由威斯康星大学麦迪逊分校的材料科学家Chang-Beom Eom领导的一个团队直接观察到，为了推动氧化物电子材料的发展，缺少了二重奏的下半部分。

它被称为二维空穴气体 - 与二维电子气体相对应。十多年来，研究人员已经认识到可能存在气孔外观，但未能通过实验创造出来。

今天(2018年2月5日)在自然材料杂志上发表文章，Eom和他的合作者提供了与电子气共存的空气的证据。他们设计了一种超薄材料，称为薄膜结构，专门用于这项研究。

“二维孔气不可能主要是因为无法生长出足够完美的晶体，”Eom说，Theodore H. Geballe教授和Harvey D. Spangler材料科学与工程杰出教授。“在里面，有一些缺陷会杀死这些气体。”

Eom是材料增长的世界专家，他使用的技术可以让他精确地构建或“生长”每层原材料的材料。这种专业知识，结合对结构中各层之间相互作用的深入了解，是识别难以捉摸的二维气孔的关键。

“我们能够设计出正确的结构，并制造出近乎完美的晶体，所有这些晶体都没有使孔气降解的缺陷，”他说。

识别孔气的同样重要的是Eom组装各层的几乎对称的方式 - 类似于三明治。虽然其他研究人员将材料制成双层结构，但Eom设计了三层结构。他在底部交替层叠氧化锶和二氧化钛，然后是氧化镧和氧化铝层，然后在顶部添加额外的氧化锶和二氧化钛层。

结果，空穴气体在顶部的层的界面处形成，而电子气体在底部的层的界面处形成 - 这是非常强大的互补对的第一次演示。

正如50年前的人们可能无法想象通过无线设备进行通信一样，这一进步提出了一个平台，可以实现新概念 - 今天仍然超出我们最疯狂梦想的应用程序。

“我们不只是提高设备的性能，”Eom说。“所以，不要改进手机，例如 - 但是设想一种全新的设备可以通过这种进步实现。这是一条激动人心的新道路的开始。”