论文部分内容阅读
本文工作部分工作是结合激光分子外延(L-MBE)和同步辐射光电子能谱技术，建立了国内第一台能够对氧化物薄膜电子结构进行原位测量实验装置。
我们利用该装置以Layer-by-Layer的方式，在Nb∶SrTiO3(100)衬底上生长了高质量BaTiO3薄膜，利用光电子能谱测量了薄膜的电子结构随薄膜厚度的变化。根据衬底中Sr的3d芯能级峰位的变化，观察到了原有的Nb∶SrTiO3衬底的表面态当外延薄膜的生长了2个单胞层后消失；同时根据衬底中Sr的芯能级峰的强度变化和光电子的逃逸模型，计算得到了光电子在BaTiO3薄膜中衰减长度。在价带中观察Nb∶SrTiO3衬底的掺杂引入的杂质能级在外延薄膜的生长过程中逐渐变小。在厚约10nm的BaTiO3薄膜的光电子能谱中搀杂能级完全消失，其价带表现明显的绝缘体的特征。
同时，我们通过对SrTiO3和BaTiO3薄膜的电子结构光电子能谱测量和从头计算的结果比较，从电子结构上解释了BaTiO3具有铁电性的物理原因。我们从实验和理论计算中都发现BaTiO3中的Ti-O键的杂化强度要比SrTiO3中的弱，BaTiO3中Ti离子上有更多的电子，更多的3d电子使得BaTiO3更容易发生结构Jahn-Teller畸变，正负电荷中心偏离产生铁电性。
本文还利用该装置生长了属于Mott绝缘体的LaFeO3和LaCrO3薄膜，利用光电子能谱原位测量了LaFeO3和LaCrO3的电子结构。采用共振光电子能谱技术测定了LaFeO3和LaCrO3中3d电子态和O2p电子态在价带中的贡献；实验结果表明的LaFeOa薄膜表现出明显的charge transfer绝缘体的特征，而LaCrO3薄膜表现出mott-hubbard绝缘体的特征。结合从头计算的结果和共振光电子能谱得到的其价带电子结构的特征，我们认为室温下的LaFeO3薄膜的磁结构应该为G型反铁磁相，而LaCrO3为顺磁相。