Field-induced reversible tuning of oxygen doping in high-temperature superconductors

Resumen

La modulación de la concentración de portadores en óxidos fuertemente correlacionados ofrece la oportunidad única de inducir diferentes fases en el mismo material, cambiando drásticamente sus propiedades físicas. En especial, la posibilidad de modificar reversiblemente la transición metal-aislante (MIT) en óxidos de perovskita, mediante un campo eléctrico como parámetro de control externo, es un área de investigación muy activa en física de la materia condensada, y una técnica prometedora para generar nuevos dispositivos de estado sólido con funcionalidades interesantes. En esta tesis hemos estudiado la manipulación eléctrica de la transición de metal (superconductor) a aislante en láminas delgadas superconductoras de alta temperatura crítica de YBa2Cu3O7-x mediante dopaje de oxígeno inducido por campo. Demostramos que las transiciones de fase volúmicas no volátiles pueden modularse localmente para fabricar dispositivos tipo transistor, con canales sin resistencia, en los que la magnitud y dirección del campo eléctrico, la temperatura y la movilidad anisotrópica del oxígeno determinan sus características. Además, hemos demostrado el potencial para modular el dopaje de oxígeno en una región extendida de estructuras de YBCO mediante la migración selectiva de átomos de oxígeno inducida por efectos de electromigración. Los dispositivos estudiados funcionan tanto en estado superconductor como normal, proporcionando así la base para el diseño de estructuras memristivas multiterminales a temperatura ambiente, como un enfoque prometedor para aplicaciones informáticas neuromórficas, así como para sistemas superconductores funcionales emergentes. Los conocimientos adquiridos a lo largo de este trabajo abren oportunidades para el diseño de novedosos dispositivos para Tecnologías de la Información y la Comunicación (e-TIC) energéticamente eficientes.