《過渡金屬氧化物界面二維電子態的量子輸運與調控研究》是依託北京師範大學，由聶家財擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：過渡金屬氧化物界面二維電子態的量子輸運與調控研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：聶家財
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
探究過渡金屬氧化物異質界面二維電子態形成的物理機制，以及尋找高電導性、高遷移率的新型氧化物異質界面體系，是目前低維量子功能材料研究的一大重點。在本課題中，我們將通過原子分辨掃描透射電子顯微鏡、電子能量損失譜、X射線光電子能譜並結合第一性原理計算揭示LaAlO3/SrTiO3和CrO2/TiO2界面二維電子態的起源；利用物理特性測量系統等測量氧化物異質結界面在低溫和外加磁場下的磁阻振盪、郎道能級和霍爾效應等輸運特性，探測超導、鐵磁和量子霍爾相等新奇量子態，並結合理論揭示其物理本質。利用聚合物離子液體的方法對上述界面施加門電壓，調控界面的載流子濃度，探測其電子遷移率隨門電壓也就是載流子濃度的變化情況，為異質結電子器件的設計和製備提供充分的實驗依據。
結題摘要
本課題的實施基本上按照原計畫進行，獲得了如下研究成果： 1、過渡金屬氧化物LaAlO3/SrTiO3界面二維電子態起源 利用L-MBE的方法製備了高電導性、高遷移率的(001)和(110) LAO/STO氧化物異質界面體系，通過X射線光電子能譜、球差校正高分辨的透射電鏡、原子分辨的電子能量損失譜和第一性原理計算對(110) LAO/STO異質結界面原子結構和band alignment做了系統研究，提出了LAO/STO體系二維電子態起源的一種全新機制。此機制將極化災難模型和“Sr1-xLaxTiO3”陽離子混合模型統一起來，成功且統一地揭示了(110)和(001) LAO/STO界面處二維電子態的形成機理。 2、過渡金屬氧化物LaAlO3/SrTiO3界面的二維超導電性及其非傳統超導配對機理探索 利用物理特性測量系統（PPMS）探測了氧化物異質結界面在低溫和外加磁場下的磁量子效應、磁阻振盪等輸運特性。特別是，極低溫（～10 mK）輸運測量證實了LAO/STO界面的二維超導電性，超導轉變溫度在200mK左右。在LAO/STO界面觀察到了可能的超導鐵磁共存現象：在測量磁阻過程中，發現在零磁場附近出現了磁阻峰。初步的研究結果表明過渡金屬氧化物界面二維電子態的超導鐵磁性共存不是相分離導致的，其超導配對空間波函式很有可能具有p-波對稱性。在此基礎上，開展了相關的相位敏感實驗。 3、LaAlO3/SrTiO3界面二維超導的量子Griffiths奇點的觀測 對於LAO/STO體系，發現磁場可以驅動其發生從超導態轉變到弱絕緣態的量子相變。有別於傳統的單一磁阻交點和臨界指數，不同溫度下的磁阻曲線相交於一個區域，進一步地分析得出臨界指數為一系列的值。此外，接近0 K時，臨界指數迅速地發散。通過理論的分析，發現實驗結果與量子Griffiths奇點較為吻合。這項工作也為超導（包括高溫超導）等量子材料體系中量子臨界行為的理解提供了新的思路。
