複雜氧化物表面、界面和超薄膜量子調控和剪裁

《複雜氧化物表面、界面和超薄膜量子調控和剪裁》是依託復旦大學，由車靜光擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜氧化物表面、界面和超薄膜量子調控和剪裁
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：車靜光

項目摘要

用第一性原理計算結合軌道物理學的方法，對複雜氧化物層複合結構開展以調控氧化物電子學功能器件為目的的研究。擬解決的關鍵問題：原子結構和組分的再構、電子分布和軌道的再構與複雜氧化物層複合結構特性之間的關係，其輸運性質改性和調控的微觀機制。主要研究：功能氧化物層複合結構的獲取方式和途徑，以及層複合結構與新穎功能結構及輸運性能之間的關係及其調控，在此基礎上探索並預言複雜氧化物層複合結構的未知功能。主要特色：通過調控複雜氧化物在組分、極化、應變等參量按層梯度變化的層複合結構，輔以不同方式摻雜等可控缺陷改性技術，以達到改變複雜氧化物層複合結構的電子與原子結構、電子自旋與軌道、電子層間耦合等相互作用，闡明其微觀機理，為其套用提供理論依據。

結題摘要

傳統電子器件的微型化越來越困難，已經很快達到矽基技術的極限。一條出路是利用電子的另一內稟特性，自旋，將微電子學轉向自旋電子學。一個有吸引力的方案是將氧化物集成到Si襯底上。然而，得到一個高質量的氧化物/矽界面既是套用之必須，也是一個極具挑戰性的工作，因為O活性極強，哪怕最少的一點接觸，也能使Si反應成SiO2。因此，到目前為止，這仍然是一個難以克服的瓶頸。我們提出了一個克服這個難以逾越障礙的途徑。基於我們的第一性原理計算，我們發現，與Si表面很容易被氧化的傳統觀念不同，對於低溫低入射能量的O，Si表面大多數氧化通道將封閉。關鍵是Si表面的自由電子能迅速地降低O的電負性。如果能預生長一層Sr，所有的氧化通道被封閉，高質量的氧化物/矽界面就可以實現。在另一方面，我們解釋了在磁性鈣鈦礦BaTcO3中，伸張應變能夠產生由非d0的B離子驅動的鐵電相變，導致多鐵效應共存於單相材料中。原因是，伸張應變不但使最低的未占據態從t2g轉變為eg，而且還降低能隙使這種驅動力放大。最重要的是，我們的這一發現與具體材料Tc無關，是一個普適的規律，能套用到其他鈣鈦礦材料中。此外，我們還解釋了實驗上觀察到的LaNiO3超薄層在絕緣體LaAlO3夾層中的金屬-絕緣體相變。計算的電子結構顯示，由於界面處化學成分突變，LaNiO3中Ni上的電子將轉移到界面處O籠子頂角的O上，對反鐵磁絕緣相有利，導致金屬-絕緣體相變。所以，這是一種界面效應，而不是象其他早期研究所提出的量子約束效應。金屬-絕緣體相變對應變的對稱性回響也支持這一結論，與實驗相符。