Крошечные мембраны позволяют создавать высокочувствительные сенсоры и развивать квантовые технологии.

Исследователи в области материаловедения разработали новую методику создания ультратонких мембран на основе оксидов переходных металлов, перспективных для применения в квантовых устройствах и сенсорах нового поколения. Эти мембраны, имеющие толщину всего в несколько нанометров, характеризуются сохранением упорядоченной кристаллической структуры и уникальных электронных свойств, что до сих пор представляло собой сложную задачу при работе с такими тонкими материалами.

В центре внимания авторов исследования были перовскитные оксиды – материалы, чьи магнитные, электрические и оптические характеристики поддаются точной настройке. Они продемонстрировали, что при использовании определенной технологии выращивания возможно получение плёнок, сохраняющих свои свойства после отделения от подложки. Подчёркивается, что этот подход открывает возможности для создания гибридных структур, объединяющих оксиды с другими двумерными материалами.

В качестве примера, подтверждающего работоспособность метода, были выращены мембраны на основе титаната стронция и лантан-стронций-манганита. Эти материалы играют важную роль в спинтронике – области, где информация передаётся посредством спина электрона. Исследователи доказали, что даже после отделения от основы мембраны сохраняют магнитный порядок и высокую проводимость.

Ключевым элементом успеха является специальный «жертвенный» слой, который можно селективно растворить, не нанося вреда основному материалу. Хотя подобный метод уже применялся для некоторых полупроводников, его реализация для сложных оксидов оказалась значительно более сложной задачей. В данной работе представлен способ управления ростом кристалла, обеспечивающий его стабильность после отделения.

Анализ с помощью электронной микроскопии подтвердил отсутствие дефектов в атомной решетке мембран на обширных участках, а спектроскопические измерения показали стабильность ключевых энергетических уровней. Авторы отмечают, что комбинация механической гибкости и стабильности свойств делает эти мембраны подходящими для интеграции с другими материалами, включая двумерные кристаллы, такие как графен.

Разработанная технология открывает перспективы для создания миниатюрных сенсоров, энергоэффективных спинтронных устройств и квантовых компонентов, где критически важна толщина и чистота материала. По мнению исследователей, возможность «сборки» многослойных структур из подобных мембран значительно расширит возможности в области наноэлектроники и оптики.