钙钛矿氧化物异质结界面电磁输运性质的研究

发布时间：2020-12-16 15:59

　　近年来,薄膜沉积技术（例如90°离轴溅射、脉冲激光沉积以及分子束外延等）以及原位监测技术（例如反射高能电子衍射）已经取得了长足的进步,这使我们现在不仅可以实现在原子尺度上精确生长钙钛矿氧化物薄膜,而且还可以在薄膜生长过程中调节和增强其物理性质。钙钛矿氧化物的电学输运性质丰富,涵盖了绝缘性、半导体和金属性。钙钛矿氧化物还具有广阔的功能特性,譬如铁磁性、多铁性、高温超导、压电性、铁电性和热电性等,所有这些性质都对化学计量比、结构畸变和外部场等因素敏感。相比于传统半导体材料,钙钛矿氧化物提供了更多结构和功能的选择。因此,将两种不同的钙钛矿氧化物材料组装成异质结会催生出更新奇的物理现象,譬如二维电子气、磁性、高温超导、磁性与超导性共存、巨磁阻效应、光电效应等。钙钛矿氧化物异质结不仅提供了制造新型多功能器件的可能性,而且还挑战了我们目前对界面上强关联效应的理解。在传统的半导体异质结中,电子关联效应比较弱,界面处的平移对称性破缺导致电荷穿过界面重新分布以及界面附近能带的弯曲。在复杂的钙钛矿氧化物异质结中,电子之间具有很强的关联效应,能带结构通常不是刚性的,而是随电荷密度的变化而发生显著变化,因此不... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１?ＡＢＯｊ钙钛矿氧化物的晶体结构

意味着在正八面体中，过渡金属离子的ｄ轨道能级分裂为两组，它们分别为％??轨道和４轨道，其中ｋ轨道由三重简并的如Ａｚ轨道组成，而能量更高的??￣轨道由二重简并的ｄｚ２轨道和ｄｘ２＿ｙ２轨道组成，如图１－２所示。轨道能量可以通??过各种近似来进行定量估测。最简单的方法是将中心金属离子和周围配位体都作??为点电荷处理，并假设它们之间纯粹是库仑相互作用。ＨｕｔＣｈｉｎｇＳ［９】给出了详细的??推导过程，简单说明即为：可以构造形式的矩阵元素，其中是??某个状态下的晶场势。如果沿着四重对称轴量化这些状态，那么正八面体场??矩阵由下式给出：??■?Ｄｑ?０?０?０?ＳＤｑ－??０?－４Ｄｑ?０?０?０??％ｏｃｔ?＝?〇?〇?６Ｄｑ?０?０?（１－２）??０?０?０?－４Ｄｑ?０??ＳＤｑ?０?０?０?Ｄｑ．??对该矩阵进行对角化，可以找到两组特征值和特征向量：具有－４Ｄ９能量的三重简??并态和具有６Ｄ９能量的二重简并态，它们分别对应于％能级和￣能级的能量。??因此，正八面体场中两个能级的能量差值（分裂能）为１０Ｄ９。??３??

?ｄｙＺ?ｄｘｚ??图１－２正八面体场中过渡金属Ｊ轨道的能级分裂??下面简单讨论正八面体中过渡金属离子的ｄ电子在能级上的排布情况。首??先，电子的排布需要满足泡利原理、能量最低原理以及洪特规则。在此基础上，??我们以＃组态的过渡金属离子为例进行分析。四个电子中有三个电子填入低能??级的三个轨道轨道）。对于第四个电子有两种填充方式，一种是克服电子的??成对能尸填入低能级，另一种是填入较高能级％。最后一个电子宄竟以哪种方式??排列，需要对分裂能（１０Ａ？）和成对能Ｐ的大小进行比较。如果分裂能较大（对??应于强场的情况），那么电子会排布在低能级与另一个电子配对，二者自旋反平??行排列，此时化合物中因为自旋平行电子数较少所以为低自旋态。如果情况相反，??电子的成对能较大（对应于弱场的情况），那么电子会排列在％能级，此时化合??物中自旋平行电子数较多所以为高自旋态。八面体化合物中


本文编号：2920418