Материаловеды разработали революционный метод получения ультратонких мембран из оксидов переходных металлов, что открывает новые горизонты для создания инновационных устройств в области квантовых технологий, сенсорики и наноэлектроники. Эти мембраны, толщиной всего несколько нанометров, способны сохранять свою кристаллическую упорядоченность и уникальные электронные свойства, что ранее было сложно реализуемо в столь тонком виде. Такой прогресс значительно расширяет возможности для разработки гибридных структур, где два или более различных материала соединяются в единое целое, образуя новые функциональные системы.
Авторы научной работы сосредоточились на перовскитных оксидах — группе материалов, обладающих уникальной способностью тонко настраивать магнитные, электрические и оптические свойства. Они продемонстрировали, что при правильной технологии выращивания из них можно сформировать мембраны, сохраняющие свои свойства даже после отделения от исходной подложки. Такой подход предполагает использование особых методов контролируемого роста кристаллов и технологии послойного формирования, что позволяет добиться высокой точности и стабильности итогового продукта.
В качестве демонстрации перспектив разрабатываемых мембран ученые использовали материалы на базе титаната стронция (SrTiO₃) и лантан-стронций-манданита (La₀.₇Sr₀.₃MnO₃). Эти материалы особенно важны в области спинтроники — перспективной области, где передача информации осуществляется посредством спина электрона. Исследования показали, что даже после отделения от подложки, мембраны сохраняют магнитный порядок, высокую электропроводность и устойчивость к дефектам.
Ключевым элементом методологии стало использование «жертвенной» прослойки, которую можно легко растворить без повреждения основной мембраны. Этот подход ранее находил применение в полупроводниковой индустрии, однако при работе с сложными оксидами он требовал существенных технических усовершенствований. В настоящем исследовании авторы разработали метод контроля роста кристаллов так, чтобы структура оставалась стабильной и после снятия с подложки.
Электронная микроскопия подтвердили, что атомарная решетка мембран остается без дефектов на больших площадях, а спектроскопические измерения — что основные энергетические уровни не изменяются после отделения от подложки. Такой уровень стабильности и точности делает эти мембраны идеальными кандидатами для использования в гибридных систем, где требуется высокая механическая гибкость и сохранение электронных свойств.
Перспективы использования таких мембран обширны: от миниатюрных сверхчувствительных датчиков и высокоэффективных спинтронных элементов до квантовых компонентов, где важна каждый атом и слой. Возможность многослойного складывания и интеграции с другими 2D-материалами, такими как графен или другие двумерные кристаллы, расширяет возможности наноэлектроники и нанооптики. Эта технология способна кардинально изменить подходы к созданию устройств будущего, делая их более компактными, энергоэффективными и функциональными.
Кроме того, данная методика открывает путь для исследования сложных оксидных структур с новыми свойствами, ранее недоступными из-за трудностей в их реализации на тонком уровне. Глубокое понимание процессов роста и отделения мембран позволяет прогнозировать создание новых композитов и гибридных материалов, способных работать в экстремальных условиях. В целом, разработка материалов такого масштаба и степени чистоты является важным шагом в области нанотехнологий, который, по мнению ученых, положит начало новой эре в создании устройств наноразмеров с инновационными характеристиками.