Los gases de electrones bidimensionales (2DEGs) en interfaces de óxidos complejos son muy prometedores para la electrónica, la espintrónica y la fotónica gracias a su acoplamiento espín-órbita y a sus fuertes correlaciones electrónicas. En este contexto, manipularlos mediante estímulos externos es de gran importancia. Los niquelatos de capa infinita, como el NdNiO2 (NNO), atraen un enorme interés por su superconductividad. Aunque se había propuesto que la interfaz del NNO con SrTiO3 podría albergar un 2DEG debido al desajuste de polaridad [1], la reconstrucción interfacial (mezcla atómica de Ni-Ti) presente en este sistema bloquea la aparición de este estado [2].
En este trabajo, científicos del CNRS y de la Universidad de Duisburg-Essen hemos demostrado que es posible inducir mediante luz un 2DEG volátil y de alta movilidad en dicha interfaz. Combinando medidas de transporte, STEM, EELS y simulaciones DFT+U, hemos observado que el fotodopado con luz ultravioleta cercana (UV) activa de forma instantánea y completamente reversible este estado conductor interfacial. El sistema presenta diferencias de resistencia entre el estado “encendido” y “apagado” de hasta 4 órdenes de magnitud, y llega a valores de resistencia por debajo de 1 Ohm.
Al iluminar la muestra con fotones de energías cercanas al bandgap del STO, los electrones son excitados desde la banda de valencia. El campo eléctrico interno de la interfase, originado por la propia reconstrucción interfacial, atrae a estos electrones fotogenerados hacia la interfaz NNO//STO, donde pasan a poblar los estados altamente dispersivos de la banda de conducción 3dxy del Ti, alcanzando una movilidad extraordinariamente alta.
Este descubrimiento es una pieza clave para desentrañar la fotoconductividad en interfaces de óxidos complejos. Además, establece una estrategia eficaz para el diseño y control óptico de estados electrónicos fuertemente correlacionados, con aplicaciones potenciales en dispositivos optoelectrónicos y espintrónicos.
[1] Geisler, B. & Pentcheva, R. Phys. Rev. B 102, 020502 (2020). [2] Goodge, B. H. et al. Nat. Mater. 22, 466–473 (2023).
Figura 1: (a) Sketch de la medida en configuración de Van der Pauw de la estructura de NNO/STO. (b) Efecto en la resistencia de la iluminación con luz ultravioleta. Se puede observar una disminución de hasta 4 ordenes de magnitud a baja temperatura entre el estado iluminado y el estado sin luz.