氧化物异质结界面二维电子气的电性和磁性研究

发布时间：2020-12-30 11:54

　　原子级别精确控制氧化物薄膜的层状生长为设计具有新奇物理现象的人工微结构创造了机遇。两种绝缘体氧化物异质结界面存在具有高迁移率的二维电子气（Two-dimensional electron gas,2DEG）,例如LaAlO₃/SrTiO₃（LAO/STO）。利用尖晶石γ-Al₂O₃或者非晶氧化物等替换钙钛矿LAO时,仍然能够获得2DEG。此外,研究发现这类氧化物2DEG表现出有别于块材的诸多性质,例如超导性、铁磁性、自旋轨道相互作用、量子霍尔效应等,得到了科研工作者的广泛关注,为实现新一代全氧化物电子器件提供了可能。在本博士论文中,通过利用脉冲激光沉积技术成功地制备了高质量的氧化物薄膜和具有高迁移率的氧化物异质结界面2DEG。通过变化衬底表面的Ti-O结构、引入磁性掺杂技术、以及施加外电场等方式对界面2DEG的输运性质和磁学性质等进行了有效地调控。获得的主要成果如下:1.经典体系LAO/STO异质结界面的2DEG不具有自旋极化的特性,限制了氧化物2DEG在自旋电子器件中的应用。在本论文中,通过向LA... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

芯片中晶体管数量和时钟速度随时间变化关系

图 1. 2 LaAlO3/SrTiO3(LAO/STO)异质结示意图及截面的透射电子显微镜图[2]。Figure 1.2 Schematic of LAO/STO and the transmission electron microscopy image.[2]1.1 氧化物二维电子气(2DEG)的形成LAO/STO 异质结界面的能带结构在复杂氧化物中，许多新奇的物理性质都源于价壳层轨道的占据[3]。对于包含 Ti 元素的氧化物来说，空着的 3d 轨道是关键。在 STO 的氧八面体中，由于晶体场分裂，使得五重简并的 3d 轨道退化成双重简并的 eg和三重简并的 t2g轨道。当 STO 表面上被镀一层薄膜时，破坏了其平移对称性，t2g轨道根据其内部轨道的特定方向进一步退化成 3dxy、3dxz和 3dyz轨道，如图 1.3 所示。

图 1. 2 LaAlO3/SrTiO3(LAO/STO)异质结示意图及截面的透射电子显微镜图[2]。Figure 1.2 Schematic of LAO/STO and the transmission electron microscopy image.[2]1.1 氧化物二维电子气(2DEG)的形成LAO/STO 异质结界面的能带结构在复杂氧化物中，许多新奇的物理性质都源于价壳层轨道的占据[3]。对于包含 Ti 元素的氧化物来说，空着的 3d 轨道是关键。在 STO 的氧八面体中，由于晶体场分裂，使得五重简并的 3d 轨道退化成双重简并的 eg和三重简并的 t2g轨道。当 STO 表面上被镀一层薄膜时，破坏了其平移对称性，t2g轨道根据其内部轨道的特定方向进一步退化成 3dxy、3dxz和 3dyz轨道，如图 1.3 所示。


本文编号：2947600