《多層膜結構對氧化物臨界行為和能帶結構的調製研究》是依託中國科學技術大學，由翟曉芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多層膜結構對氧化物臨界行為和能帶結構的調製研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：翟曉芳
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氧化物中電荷、自旋、軌道和晶格之間通常有著複雜且多層次的耦合，而呈現出豐富的性質，通過外延生長在垂直方向上製備多層膜結構，改變這些耦合作用，能夠實現對氧化物能帶結構以及臨界行為的調製。我們擬利用雷射分子束外延，結合電輸運和電子能譜，針對LAO/STO二維電子氣和V-Ti氧化物超晶格金屬絕緣體相變，設計和製備多層膜結構，對這兩類臨界行為以及它們的能帶結構進行研究和調製。研究內容主要包括：（1）在LAO/STO表面外延生長關聯態氧化物層探測LAO表面能帶結構；（2）在LAO/STO表面生長金屬層調控其界面二維電子氣；（3）V-Ti氧化物超晶格金屬-絕緣體轉變的作用機制及臨界點的費米面結構。我們對這些多層膜體系的研究，將加深我們對氧化物多層膜結構中的新的量子效應和臨界行為的理解，並揭示一些產生這些效應和行為的作用機制及調製方法，進一步完善我們對氧化物複雜相互作用的認知。
結題摘要
在本項目中，我們基於雷射分子束外延的高質量多層氧化物異質結構製備，重點針對鈣鈦礦氧化物多層膜結構中界面新奇量子效應，在機理和套用上進行了深入的研究，並且拓展到研究很少的準一維界面領域，為研究一維界面調控奠定了基礎。我們在本項目的研究中，主要取得了以下幾個方面的研究成果：（1）通過雷射分子束外延製備了原子級平整的極性/非極性氧化物異質結LaAlO3/SrTiO3，然後在異質結表面蒸鍍金屬電極，利用界面二維電子氣為天然集成的底電極，以光伏效應為有效探針來測量LaAlO3兩邊的電勢差，實驗結果成為為數不多的直接支持極性崩潰理論的重要證據。（2）我們研究了分子束外延製備的超薄原子層分辨的錳氧化物超晶格(LaMnO3)N/(SrTiO3)N的磁性，進一步，我們進行了同步輻射X-射線精細結構吸收等表征，並且發展了同步輻射X射線確定氧八面體旋轉的手段。最終，從實驗上得到了周期N≤6的超晶格氧八面體扭轉和界面磁性關聯的關鍵證據。我們的這項研究成果開拓性的提出了界面晶格結構的扭曲對調控界面磁性關聯相互作用有著非常重要的作用。（3）利用CVD和PLD結的方法合成了直徑為幾十納米的單晶La0.33Pr0.34Ca0.33MnO3/MgO納米線，在這種接近量子相干長度尺寸的一維納米線中，電子相分離的相競爭機制和巨觀體系出現了很大的不同，表現為納米線中磁性凍結相的比例有很大的增加。另外，我們利用類似的方法生長了La0.67Sr0.33MnO3/MgO 殼層結構的納米柱陣列，在室溫附近磁阻效應比在單晶薄膜材料磁阻增加3倍左右，其原因主要為一維納米結構之間的弱耦合作用。以上研究成果均以論文形式發表在SCI學術期刊上，包括 Nature Communications、 Scientific Reports、 Applied Physics Letters等。
