进一步掌握了两种可能的新材料介面特性

科学家们利用德国大型粒子物理学研究机构──DeutschesElektronen-Synchrotron（DESY）的光源研究成果，进一步掌握了两种可能的新材料介面特性，透过结合这两种材料介面所产生的特性，可望使其用于打造出更高性能的、新颖超导体以及更小的硬碟。

这项发表于《Nature Communications》科学期刊中的研究，有助于研究人员们瞭解可能产生全新特性的两项新材料介面。透过由新加坡国立大学教授AndrivoRusydi以及德国汉堡自由电子雷射科学中心（CFEL）教授MichaelRbhausen为主导的研究团队及其研究成果，有效解决了在凝态物理学中长久以来存在的一个谜团。CFEL是DESY、德国汉堡大学以及马克斯普朗克学会（MPI）的合作单位。

大多数的电子会在LaAlO 子层重新分布

介面是材料研究领域的热门话题， Rusydi说， 如果把两种不同材料放一起，就可以产生全新的特性。例如，两种绝缘体占比较2011年的平均水平提高4个百分点。但销售的上升并没有降低行业的整合速度与非磁性材料可在其介面上形成金属与磁性特质。 汉堡大学教授MichaelRbhausen解释说，这两种材料特性发生变化的原因在于介面的对称结构遭被破坏， 两种材料具有不同的特性与不同的结构，如果你把他们放在一起，他们彼此之间就必须有所妥协以及重新安排，从而产生新的特性。

大多数的电子会在LaAlO 子层重新分布

左：如果铝酸镧层（蓝色）少于 个单位电池，电子重新分布于子层。右：如果该层有4个以上的单位电池，部份电子则迁移至介面上。（来源：汉堡大学教授MichaelRbhausen）

例如，利用这些现象就能带来更小的硬碟。 传统的硬碟是由该材料的整体物理特性所控制，为了实现微型化，我们必须透过介面结构来控制其物理特性， Rusydi说， 但问题是我们还无法完全明白在介面上所发生的变化。

因此，该研究团队研究钛酸锶（SrTiO ）和铝酸镧（LaAlO ）这两种会在介面处变成绝缘材料的介面。 然而，根据Maxwell理论，应该能观察到10倍以上的导电率。因此，90%的电荷载子与电子都消失了。这对我们来说完全是个谜， Rusydi说。

为了寻找 消失的电子 ，科学家们利用DESY的同步辐射光源DORISIII，在更广泛的超紫外线能量范围以泛光照亮两种材料介面。Rusydi解释， 材料中的所有电子就像小型天线一样以不同的波长回应电磁辐射。 这种以特定波长实现同步辐射的吸收作用，揭示相应电子的能量状态及其于晶格中的藏身之处。

根据研究结果显示，只有一小部份的电子实际迁移至介面，形成一个导电层。大多数的电子则重新分布于LaAlO 子层，这是用以往的研究方式所无法发现的。此外，科学家们还观察到电子从晶格转换到介面上，主要取决于晶格上LaAlO 单位电池的数量。一个单位电池是晶体的最小单位，这表示晶体可用许多一致的单位电池来表示。如果LaAlO 层厚度小于 个单位电池，所有的电子在LaAlO 子层重新分布，完全没有任何电子再迁移至介面时，使其仍维持绝缘特性。

这就是为什么充份展现介面特性时需要不只一层的LaAlO ，Rusydi解释， 如果只有一部份的电子迁移至介面，你需要更大量的电子来弥补对称损失。 透过这项研究结果，科学家们现在更加瞭解这些材料及其介面特性了。 原则上，我们的实验技术可以用于研究任何介面， Rbhausen说， 我们才刚刚开始用它来探索材料的基本介面特性， 未来还需要更进一步的探索与实验。

科学家们预计，在进一步瞭解材料的介面后，就能更容易地根据所需的特性来调整材料的属性。 如果我们知道如何控制介面，就可以设计出全新的特性以及控制这些才料， Rbhausen说。