«Если происхождение этого перехода металл-изолятор является электронным, приложение электрического поля должно вызвать переход в пикосекундной или более быстрой временной шкале», – говорит Нагапани Аетукури из IBM-Stanford Spintronic Science and Applications Center (SpinAps). «Это станет основой для сверхбыстрого электронного переключателя, в котором устройства будут активироваться так быстро, что очень мало энергии будет потеряно из-за рассеяния."
Чтобы определить происхождение перехода металл-изолятор диоксида ванадия, Аетукури и исследователи под руководством Стюарта Паркина из SpinAps и IBM Almaden Research Center и Германа Дурра из Национальной лаборатории SLAC изучили тонкие пленки материала в Беркли.
Лаборатория Advanced Light Source (ALS). Использование канала ALS 4.0.2, ондуляторного луча, который может обеспечивать мягкое рентгеновское излучение с переменной линейной поляризацией, они выполнили серию тестов рентгеновской абсорбционной спектроскопии, зависящей от деформации, поляризации и температуры, в сочетании с измерениями дифракции рентгеновских лучей и электрического переноса.
«Наши результаты обрисовали в общих чертах электронные свойства, которые управляют переходами металл-изолятор в диоксиде ванадия, и впервые определили соответствующие роли электронных орбиталей Pi-симметрии и дельта-симметрии», – говорит Этукури. «Мы считаем, что металлическая фаза диоксида ванадия может быть стабилизирована путем заселения орбиталей Pi-симметрии, что означает, что инженерные устройства в наномасштабе, которые могут избирательно переносить электроны на орбитали Pi-симметрии, должны запускать переход диэлектрика в металл."
Это исследование стало возможным благодаря рентгеновским лучам на 4-м канале ALS.0.2, который проникает в тонкие пленки диоксида ванадия на глубину около пяти нанометров, обеспечивая объемно-чувствительный зонд с минимальным влиянием поверхностных адсорбатов.
Эльке Аренхольц, ученый по БАС, который управляет четвертым каналом.0.2, объясняет. «Было крайне важно, чтобы эксперимент проводился на канале пучка, где ориентация пучка могла быть изменена с параллельной на перпендикулярную без перемещения образца. Кроме того, канал 4.0.2 также обеспечивает стабильность и точность, необходимые для измерения наноразмерных эффектов."