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Electronic and Ionic Transport in Functional Oxides

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Le transport de charge dans des oxydes de métaux transitoires

Le marché des semi-conducteurs/puces intégrées (IC) représente deux des principaux moteurs de l'innovation mondiale et de la croissance économique. Une meilleure compréhension des mécanismes du transport de charge dans les matériaux avancés pourrait faire progresser considérablement ces deux domaines.

Énergie

De nombreux matériaux d'oxyde fonctionnel essentiels à l'industrie des IC sont également critiques pour les systèmes de stockage d'énergie nécessaires pour l'efficacité de sources intermittentes telles que le vent et le soleil. Malgré ce besoin conjoint, la recherche sur les propriétés des matériaux liés à ces deux domaines a souvent été menée séparément. Le projet ELIOT (Electronic and ionic transport in functional oxides), financé par l'UE, a construit un pont en étudiant comment la production de matériaux et les propriétés physiques affectaient le transport de charge dans ces oxydes. Les scientifiques se sont penchés sur l'étude des oxydes de métaux transitoires, leurs propriétés électrochimiques et physicochimiques et leurs effets sur les techniques de dépôt de matériaux et les conditions sur le transport de charge. Ils ont ciblé des applications dans des mémoires non volatiles et le stockage d'énergie avec un point fort sur la mobilité électronique et ionique. L'établissement de mécanismes pourrait entraîner l'ingénierie de meilleurs matériaux pour ces deux domaines. Une alternative prometteuse pour permettre aux dispositifs à mémoire flash de dépasser les limites imminentes de capacité et de vitesse, exploite les oxydes de métaux présentant une coupure résistive. Le premier objectif du projet était l'identification de matériaux pour lesquels la grande modification échelonnable de résistance à l'application de tensions pulsées est due à des effets électroniques corrélés. Les oxydes de métaux transitoires à grande mobilité ionique mais faible conductivité électrique sont intéressants en tant qu'électrolytes solides pour les applications de piles à combustible. Les matériaux à grande capacité de stockage de lithium (faible mobilité) et bonne conductivité électrique sont des candidats potentiels pour les applications d'électrodes. Les études ont concerné des oxydes binaires simples tels que le dioxyde de vanadium ou de titane (VO2 et TiO2). Elles ont également porté sur l'évaluation d'oxydes plus complexes tels que le nickelate de samarium (SmNiO3) et l'oxyde de manganèse lithium (LiMn2O4). Le VO2 et le SmNiO3 ont présenté une transition de métal à isolant d'une bonne conductivité de charge à une conductivité faible avec la température. Le TiO2 et le LiMn2O4 se sont avérés des matériaux d'électrodes prometteurs pour les accumulateurs alors qu'un oxyde de magnésium lithium a présenté un potentiel en tant qu'électrolyte solide. Une meilleure connaissance des facteurs touchant la mobilité électrique et ionique des oxydes de métaux transitoires pourrait entraîner d'importantes percées dans des domaines d'importance socio-économique tels que la mémoire volatile et le stockage d’énergie. ELIOT a ouvert la voie vers une ingénierie rationnelle de matériaux avancés pour ces applications et d'autres.

Mots‑clés

Transport de charge, oxydes de métaux transitoires, puces intégrées, oxyde fonctionnel, transport ionique

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