Wystąpienie ustne Maciej Rogala (UN-Pon)
Samoistna redukcja powierzchni TiO2 – procesy migracji jonów
1 Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Łódzki, Pomorska 149/153, 90-236 Łódź, Polska
2 Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Advanced Simulation (IAS-1) - Forschungszentrum Jülich GmbH, JARA - Fundamentals of Future Information Technologies, Forschungszentrum Jülich GmbH, 52425 Jülich, Germany
3 Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy and Climate Research (IEK-14), Forschungszentrum Jülich GmbH, 52425 Jülich, Germany
4 Department of Surface and Plasma Science, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University - Instytut Fizyki im. M. Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński, V Holešovičkách 2, CZ-18000 Prague, Czech Republic
5 Instytut Fizyki im. M. Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński, Łojasiewicza 11, 30-348 Kraków, Polska
6 Instytut Fizyki im. Augusta Chełkowskiego, Uniwersytet Śląski w Katowicach - aixACCT Systems GmbH, 75 Pułku Piechoty 1, 41-500 Chorzów, Polska
Ditlenek tytanu jest materiałem modelowym z grupy tlenków metali przejściowych. Jego analiza jest ważna dla pełnego zrozumienia podstawowych mechanizmów redukcji i oksydacji występujących w tych materiałach i optymalizacji ich licznych zastosowań. Na szczególną uwagę zasługują tu memrystywne właściwości TiO2 pozwalające na wykorzystanie tego materiału w pamięciach rezystywnych oraz na potrzeby układów neuromorficznych. W naszych poprzednich pracach wykazaliśmy możliwość osiągnięcia wysokiej gęstości przechowywania danych w warstwie powierzchniowej zredukowanego TiO2 [1]. Wiązało się to z generowaniem w pobliżu powierzchni struktur defektowych podatnych na procesy przełączania rezystywnego. Obecnie przedstawimy i opiszemy proces powstawania takich defektów, odpowiedzialnych za właściwości elektroniczne materiału.
Przedstawiamy precyzyjną analizę termicznej redukcji TiO2 w ultrawysokiej próżni. Wbrew temu, co się zwykle zakłada, obserwujemy, że maksymalna redukcja powierzchni następuje nie podczas rozgrzewania, ale podczas schładzania próbki do temperatury pokojowej [2]. Proces wtórnej migracji jonów, który można określić jako samoredukcja, zachodzi w wyniku różnic w energiach powstawania defektów w obszarach wnętrza i powierzchni kryształu. Przedstawiona teza poparta jest analizą zmian walencyjności jonów tytanu obserwowanych za pomocą rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronowej przeprowadzonej in-operando podczas kolejnych etapów grzania i chłodzenia materiału.
Praca ta jest wspierana przez Narodowe Centrum Nauki (projekty 2016/21/D/ST3/00955 i 2020/38/E/ST3/00293) oraz Niemiecką Fundację Nauki DFG (SFB 917 „Nanoswitches”).
[1] M. Rogala, et al. Adv. Funct. Mater., 25, 6382 (2015)
[2] M. Rogala, et al. Sci. Rep. 9, 12563 (2019)