功能化氧化物異質結界面的雙球差電鏡原位實時表征

《功能化氧化物異質結界面的雙球差電鏡原位實時表征》是依託南京大學，由王鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：功能化氧化物異質結界面的雙球差電鏡原位實時表征
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王鵬
• 依託單位：南京大學

項目摘要

為突破當今微電子器件的尺寸極限，發展新一代多功能、低功耗器件技術，材料物理界亟需開展複雜功能材料及其界面結構的設計、構造與人工調控原理和方法的基礎研究。相對於傳統半導體，氧化物材料具有更加豐富的物理性質以及更廣泛的表面界面結構組態、化學成分、電子學輸運性能的可調控性， 因此完全有希望替代半導體界面成為新一代器件的主角。要全面深入理解其中的新奇物理現象，就必須精確掌握氧化物異質界面在幾個埃範圍內電子結構和原子結構的變化，這種從亞原子尺度上對結構進行實時有效的觀測和表征是極具挑戰性的。面臨這樣的機遇與挑戰, 基於申請人在高分辨電鏡技術和套用方面深厚的積累，本申請提出發展和利用亞原子分辨成像和相關譜學分析技術，研究功能氧化物異質界面的組分、原子結構、局域晶格應變、電子特性，以及在外場作用下的演化規律，深入探索界面上二維電子氣形成的物理機理及其調控規律, 為發展新型信息存儲器件提供科學依據。

結題摘要

傳統微電子工業的持續發展，依賴於器件功能單元的微型化和集成化， 目前已發展到接近摩爾定律的量子極限,人們亟需發展新型的電子器件。低維二維材料和氧化物界面體系不僅為凝聚態物理學的基礎研究提供了豐富平台，還為面向新型電子器件設計的量子調控研究開拓出更為廣闊的空間。本項目在原子尺度上研究了多種先進功能二維薄膜和氧化物異質結材料體系的原子結構和電子結構信息，揭示低維維材料和二維界面的電學性能及其它相關新奇現象的物理本質；在PZT/LAO/STO異質結構中，研究了鐵電極化對界面導電性調控機理【ACS Applied Materials & Interfaces】。研究了引起LaMnO3外延薄膜體系反鐵磁-鐵磁轉變現象的Mn離子變價機理【Advanced Electronic Materials】；研究了超薄BiFeO3鐵電薄膜表面單原子層的鐵電極化增強效應【Advanced Materials】；提出一種多態存儲器件鈣鈦礦多鐵異質結器件，闡述了多阻態調控的機理【Applied Physics Letters】。開發了基於電子全息的多功能超高分辨衍射成像方法，為材料提供了強有力的表征工具和手段，具有潛在的套用價值。提出了一種新的in-line的電子全息成像技術，實現了對亞原子分辨的輕元素的探測【Scientific Reports】，進一步拓展成了三維結構重構【Nature Communications】，有望成為具有高集成度的的高分辨成像方法【Phys. Rev. Lett.】上和申請國際專利【國際PCT/CN2018/108278】。發展了亞原子尺度原位實時電鏡表征方法和手段,設計並開發了基於原位晶片的高穩定性光電原位測試平台，獲得國家授權【2015104769008；2015104757585】，並在顯微學頂刊【Ultramicroscopy】上發表。將該表征平台套用於多種氧化異質結系統中（PZT/LSMO, Graphene/MoOxS2-x/Graphene，BFO等）。揭示了該憶阻器中基於氧離子遷移的工作機制，成功解釋了電子通道產生的機理【Nature Electronics】, 為新一代高密度非揮發信息存儲器件提供重要的實驗基礎和理論依據。在國外期刊發表和已接收SCI論文43篇。申請國家發明專利5件，授權3件。申請國際發明專利1件。