《ABO3/SrTiO3氧化物異質結電磁輸運性質的研究》是依託山東大學，由李吉超擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：ABO3/SrTiO3氧化物異質結電磁輸運性質的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李吉超
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鈣鈦氧化物礦異質結ABO3/SrTiO3兩側通過晶體場、應力場、電荷轉移、自旋軌道耦合等相互作用，誘導出與本體極不相同的新奇量子態，諸如二維電子氣（2DEG）、磁性、鐵電性和超導等奇異的物理性質。目前，層出不窮的新奇界面量子現象仍需進一步研究；對於誘導奇異物理性質的物理機制缺少系統的研究和認識，且目前存在的理論方法不能很好的解決這種強關聯體系的關鍵問題。本項目擬結合密度泛函（DFT＋U）和Poisson-Schrodinger方程的理論方法對界面造成的對稱破缺（包括：空間反演對稱性、時間反演對稱性和規範對稱性的對稱破缺）誘導新奇物理現象的基本規律進行系統研究，探索2DEG的起源，界面電荷重構和氧八面體旋轉畸變對磁性的影響規律，界面應力場分布誘導鐵電性和壓電性的物理機制。發展一種能有效處理強關聯體系的理論方法，為進一步研究界面層的物理本質以及設計氧化物異質提供理論依據。
結題摘要
以SrTiO3為基底的氧化物異質結界面的電磁輸運特性是本項目的主要研究內容，首先對不同SrTiO3表面的電子和幾何結構進行了系統的研究，在此基礎上研究了LaAlO3/SrTiO3、LaGaO3/ SrTiO3和MgO/BaTiO3等界面的電磁輸運特性，解釋實驗觀察到的奇異物理現象的物理機制，預測新的物理性質。 SrTiO3（111）面電磁輸運性質進行了系統研究，發現界面對稱破缺導致費米面附近電子排布出現自旋極化劈裂，這是導致界面出現磁性二維電子氣的物理機制。利用DFT+U+SOC(spin orbital coupling)的方法對以Ti為終結層的SrTiO3 (111)表面的磁各向異性能進行了研究，發現磁偶極子方向在平行於（111）面是最穩定的。SrTiO3（110）表面對稱破缺導致費米面附近的電子重構，Ti 3d電子發生明顯的自旋劈裂，結果是表面層的每個Ti原子具有約0.42 μB的磁矩；以O2為終結層的SrTiO3 (110) 表面表現出p型空穴導電，表面層的O 2p電子軌道是空穴的主要來源。 構建了不同的LaAlO3/SrTiO3、LaGaO3/ SrTiO3和MgO/BaTiO3等界面，對界面的對稱破缺、應力等因素對異質結電磁輸運性質的影響進行了詳細的研究，得到如下結論：
界面二維導電的起源是界面對稱破缺導致導帶底的Ti原子3d電子軌道穿過Fermi能級，部分被填充提供傳導電子，電子有限質量表現出較強的各相異性是導致二維導電特性的原因。Ti 3d電子eg或t2g電子態在費米能級附近發生自旋劈裂產生了界面磁性。表面應力誘導Ti–O八面體的畸變，改變了界面的電磁輸運特性。實現了絕緣性–二維導電性和非磁性–磁性的轉變。
研究結果豐富了氧化物界面物理的知識，揭示了表面二維電子氣產生物理機制，發現對稱破缺對氧化物表面電磁輸運特性影響的一般規律。
