Материаловеды создали передовой метод получения ультратонких мембран из оксидов переходных металлов, которые могут сыграть ключевую роль в развитии квантовых технологий, высокоточных датчиков и других наномасштабных устройств будущего. Эти мембраны, толщиной всего несколько нанометров, сохраняют свою кристаллическую упорядоченность и сохраняют уникальные электронные свойства, что ранее было сложно реализовать в рамках таких тонких слоёв. Такой прогресс в области материаловедения открывает новые горизонты для создания гибридных наноструктур и интеграции оксидных мембран с другими двумерными материалами.
Исследователи сосредоточились на перовскитных оксидах — перспективных материалах, обладающих возможностью тонкой настройки магнитных, электрических и оптических свойств. Им удалось разработать технологию выращивания таких мембран, которая позволяет получать очень тонкие плёнки, устойчивые к отделению от подложки без потери своих уникальных характеристик. Такой подход существенно расширяет возможности для комбинирования оксидных мембран с другими наноматериалами, что особенно важно для развития функциональных гибридных устройств и сенсорных систем.
Для подтверждения своих результатов учёными были выращены мембраны на основе титаната стронция (SrTiO₃) и лантан-стронций-манганита (La₀.₇Sr₀.₃MnO₃). Эти материалы востребованы в области спинтроники— современного направления в электронике, где информация передается с помощью спина электрона. В ходе исследований было продемонстрировано, что даже после отделения от материнской подложки мембраны сохраняют магнитный порядок и высокую электропроводность, что открывает новые возможности для создания миниатюрных спинтронных устройств.
Важным аспектом метода является использование так называемой «жертвенной» прослойки, которая может быть выбрано растворена без повреждения основной тонкой мембраны. Такой подход уже применяли в полупроводниковой промышленности, однако для сложных оксидных материалов это представляло значительные технические сложности. В новой работе разработана технология контроля роста кристаллов, позволяющая добиться высокой стабильности и однородности мембран после их освобождения от базы.
Электронная микроскопия подтвердили, что атомная решётка создаваемых мембран остаётся без дефектов на больших участках, а спектроскопические исследования показали, что энергетические уровни остаются стабильными и необнаружимыми в зоне допустимых ошибок. Такой уровень качества позволяет считать новые мембраны идеальной базой для интеграции с широко используемыми двумерными материалами, например, с графеном или зернистым MoS₂. Гибкость и устойчивость к внешним воздействиям делают эти мембраны особенно привлекательными для разработки гибких электроники и оптических сенсоров.
Благодаря новой технологии создается возможность массового производства миниатюрных высокочувствительных датчиков, энергоэффективных спинтронных элементов и квантовых компонентов, где толщина и чистота материалов имеют решающее значение. Авторы исследования считают, что комбинирование таких мембран в многослойные структуры откроет новые направления в наноэлектронике, фотонике и квантовых вычислениях. Помимо уже известных применений, перспективна интеграция с другими современными материалами для создания полностью новых типов устройств с уникальными функциями.
В целом, разработанная методика превращает оксидные нанолисты в универсальный инструмент для дальнейших экспериментальных и прикладных исследований. Возможность «собирать» многослойные и гибридные структуры на базе этих мембран расширяет потенциал в создании устойчивых, энергоэффективных и адаптивных систем, что особенно важно в контексте роста интереса к нанотехнологиям, новым источникам энергии и сверхчувствительным сенсорным приборам будущего.
