Formación colosal de vacancias de oxígeno en las interfaces de superredes de CeO2/Y2O3

El control preciso de los defectos de oxígeno ha convertido a los óxidos conductores iónicos y electrónicos mixtos en componentes clave de diversas tecnologías, entre ellas, la conversión y generación de energía. 

 Un método que se explora actualmente para generar vacancias de oxígeno en materiales es el uso de interfaces iónicas. Investigadores estadounidenses, empleando la técnica de epitaxia por ablación laser, reportaron el crecimiento de agujas nanoestructuradas de superredes de CeO₂/Y₂O₃ con estructuras cristalinas de fluorita/bixbyita, respectivamente, con orientación [001] y dispuestas en una arquitectura que los autores denominaron nanocepillo (del inglés nanobrush). La arquitectura del nanocepillo, cuyas cerdas exhiben el patrón de Chevron, fue previamente diseñada para lograr vacancias de oxígeno interfacial de alta densidad. . El crecimiento de las columnas individuales se rige tanto por la agregación limitada por difusión, como por el efecto de sombra. La heterointerfaz entre las capas de fluorita y bixbyita, bien definida atómicamente por los planos (111), induce la modulación de carga entre los Y⁺³ y Ce⁺⁴ habilitada por el desacople de la valencia química entre los dos elementos y propicia la formación de un número colosal de vacancias de oxígeno. Los análisis estructural y químico, y los cálculos teóricos, sugieren que más del 10% de los átomos de oxígeno se eliminaron espontáneamente sin deteriorar la estructura reticular.

 

La arquitectura de nanocepillo de la fluorita-bixbyita proporciona una plataforma para el diseño de arquitecturas de óxido interfacial que posibilita la creación, el control, y el transporte con precisión de las vacancias de oxígeno y su introducción en el desarrollo de dispositivos ionotrónicos y memristivos para tecnologías avanzadas de energía y computación neuromórfica.

 

Los resultados se publicaron en Nature Cumminications.

 

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