【摘 要】
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利用脉冲激光沉积技术,我们在TiO2为终结面的SrTiO3衬底上外延了ReAlO3(Re=La,Nd,Sm and Gd)钙钛矿薄膜。研究结果表明,ReAlO3/SrTiO3异质界面的二维输运特性与ReAlO3薄膜中的稀土元素种类,即化学应力情况,密切相关。电子能量损失谱(EELS)测试表明,在所有这四种极性/非极性异质结构中都发生了电荷迁移的情况,但SmAlO3/SrTiO3与GdAlO3/Sr
【机 构】
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南京大学现代工程与应用科学学院,南京 210093 University of Arkansas,
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利用脉冲激光沉积技术,我们在TiO2为终结面的SrTiO3衬底上外延了ReAlO3(Re=La,Nd,Sm and Gd)钙钛矿薄膜。研究结果表明,ReAlO3/SrTiO3异质界面的二维输运特性与ReAlO3薄膜中的稀土元素种类,即化学应力情况,密切相关。电子能量损失谱(EELS)测试表明,在所有这四种极性/非极性异质结构中都发生了电荷迁移的情况,但SmAlO3/SrTiO3与GdAlO3/SrTiO3界面的电荷迁移量明显小于LaAlO3/SrTiO3与NdAlO3/SrTiO3界面。为了进一步研究这四种具有类似极性/非极性界面的异质结构出现界面输运性质差异的原因,我们进行了第一性原理计算。计算结果表明,为了抵消由于界面两侧内在的极化不连续,异质结构中会产生离子或电子的极化,而这两种极化机制是相互竞争的。在导电的LaAlO3/SrTiO3与NdAlO3/SrTiO3界面,电子的极化即电荷迁移占主导；而在SmAlO3/SrTiO3与GdAlO3/SrTiO3体系中,较大的界面应力会导致较大的离子极化,这些离子极化抵消了界面两侧的极化不连续,抑制了电荷的迁移,使得异质结构的界面呈现绝缘性。我们的实验及理论模型很好地解释了极性/非极性钙钛矿异质结构界面二维电子气的现象,化学应力的引入为调控复杂氧化物器件的性能提供了新的手段。
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