Ingeniería de orbitales electrónicos en pozos cuánticos de óxidos.

Los pozos cuánticos basados en óxidos de metales de transición –en vez de semiconductores convencionales – presentan una seria de peculiaridades que los hacen singulares, no solamente en aspectos fundamentales de la física del estado sólido, sino también como plataforma de nuevos dispositivos en aplicaciones electrónicas.

Un ejemplo de ello: cuando dos aislantes de banda, LaAlO3 y SrTiO3, se ponen en contacto, sorprendentemente su intercara, a diferencia sus materiales constituyentes, es conductora, con una notable movilidad electrónica. Sin embargo, la singularidad de esta intercara va más allá: debido a que los portadores de carga se alojan en orbitales de tipo -d y, por tanto, las correlaciones electrónicas son mucho más intensas que en los electrones s- o –p, nuevos fenómenos afloran, como el magnetismo, ausente en los pozos cuánticos de semiconductores habituales.

En el trabajo publicado, se presenta una estrategia que permite manipular la estructura electrónica de los pozos cuánticos en la intercara de LaAlO3/SrTiO3. Se demuestra que la selección de la simetría cristalina del pozo permite reorganizar la estructura de subbandas y cambiar la ocupación de orbitales de una manera selectiva. El resultado, que se publica en Physical Review Letters, abre nuevas perspectivas para manipular los estados electrónicos de estos pozos cuánticos y, en consecuencia, sus propiedades físicas (por ejemplo, superconductividad o magnetismo).

(Izquierda) Estructura de bandas de pozos cuánticos de LaAlO3/SrTiO3 orientados a lo largo de las orientaciones (001) y (110). La diferente simetría impone una reorganización de la estructura de bandas. (Derecha) Imágenes de microscopía electrónica de transmisión mostrando la estructura atómica de ambas intercaras. Gervasi Herranz. ICMAB-CSIC.

(Izquierda) Estructura de bandas de pozos cuánticos de LaAlO3/SrTiO3 orientados a lo largo de las orientaciones (001) y (110). La diferente simetría impone una reorganización de la estructura de bandas. (Derecha) Imágenes de microscopía electrónica de transmisión mostrando la estructura atómica de ambas intercaras. Gervasi Herranz. ICMAB-CSIC.

Two-Dimensional Electron Gases at LaAlO3/SrTiO3 Interfaces: Orbital Symmetry and Hierarchy Engineered by Crystal Orientation. Pesquera, M. Scigaj, P. Gargiani, A. Barla, J. Herrero-Martín, E. Pellegrin, S. M. Valvidares, J. Gázquez, M. Varela, N. Dix, J. Fontcuberta, F. Sánchez, and G. Herranz, Phys. Rev. Lett. 113, 156802 (2014)