Gás de elétron bidimensional (2DEG) na interface SrTiO3/LaAlO3

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Amoresi, Rafael Aparecido Ciola
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Óxidos complexos; Interface; 2DEG; SrTiO3; LaAlO3; Complex oxides
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/153453

Este trabalho foi idealizado no intuito de estudar as mais recentes descobertas na área de interfaces entre óxidos complexos. A motivação para elaboração dessa proposta foi baseada em uma interessante propriedade recentemente descoberta na interface entre SrTiO3/LaAlO3: o gás de elétrons bidimensional (2DEG, two-dimensional eletron gas). Neste sentido, esse trabalho teve como objetivo estudar o processamento de obtenção e caracterização físico-química do 2DEG na interface. A metodologia empregada foi deposição de filmes de LaAlO3 sobre substrato monocristalino de SrTiO3, através de deposição por laser pulsado (PLD, pulsed laser deposition). Para isso um alvo de LaAlO3 foi obtido por mistura de óxidos. O substrato monocristalino de SrTiO3 foi tratado previamente para remoção da camada atômica de SrO e terminação em TiO2. As condições como espessura, temperatura e pressão de deposição dos filmes foram analisadas. Dos resultados obtidos o alvo apresentou a fase estequiométrica pretendida. O substrato monocristalino foi experimentalmente avaliado sobre os processos para alcançar a terminação desejada. Os filmes foram texturizadamente crescidos por PLD e apresentou o 2DEG na interface. Até alcançar esse resultado, foram realizados inúmeros experimentos determinando temperatura e pressão de deposição, espessura dos filmes, além do processamento para mensurar as propriedades de transporte na região de interface. As medidas de transporte foram realizadas com eletrodos de superfície utilizando fotolitografia, e com eletrodos de interface utilizando o microscópio de feixe de íon focalizado (FIB). As análises de resistência e magnetorresistência foram realizadas com equipamentos acoplados a sistemas de criogenia a fim de diminuir a interferência por fônons no material. Também foram realizadas caracterizações estruturais, por difração de raios X (DRX) e espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), para o alvo, o substrato e os filmes. Por espectroscopia de refletância difusa na região do UV-Vis foi possível determinar a energia de band gap do SrTiO3 para as diferentes formas de obtenção da heteroestrutura. Através de microscopia de força atômica (AFM) e microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (FEG-MEV), foi possível acompanhar a morfologia de superfície desde o tratamento do substrato para elucidar a remoção da camada de SrO, e os parâmetros tais como espessura, forma e tamanho dos grãos nos filmes. As técnicas espectroscópicas de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e fotoluminescência elucidaram a composição de superfície e interface bem como o ambiente químico da heteroestrutura. Foi verificado que os defeitos estruturais em forma de vacâncias de oxigênio resultam em diferentes ambientes químicos na região de interface da heteroestrutura e da superfície do filme de LaAlO3. Tais parâmetros conferem ao material comportamento semicondutor, metálico ou com 2DEG na interface, permitindo estimar o estado doador e confinante dos portadores de carga.