Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khí gas điện tử hai chiều dẫn điện cao tại giao diện Al2O3/SrTiO3
Tóm tắt
Chúng tôi tạo ra một khí gas điện tử hai chiều tại các cấu trúc dị thể Al2O3/SrTiO3/LaAlO3 bằng phương pháp lắng đọng laser xung, cho thấy điện trở bề mặt giảm xuống khi nhiệt độ lắng đọng các lớp Al2O3 tăng. Các đặc trưng cấu trúc của các lớp được xác nhận bằng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua cắt ngang. So với các cấu trúc dị thể này với các lớp Al2O3 lắng đọng trên các cơ sở SrTiO3 nguyên trạng và SrTiO3 có đầu TiO2, các cấu trúc Al2O3/SrTiO3/LaAlO3 dẫn điện hơn. Quang phổ điện tử tia X cho thấy sự hình thành các lỗ chân không oxy ở phía SrTiO3 của giao diện, điều này là kết quả của các phản ứng redox qua việc giảm các lớp phim SrTiO3. Hơn nữa, sự tồn tại của các lỗ chân không oxy ở phía SrTiO3 được xác minh bởi hiện tượng phát sáng của ánh sáng xanh.
Từ khóa
#khí gas điện tử hai chiều #Al2O3/SrTiO3 #dẫn điện #lỗ chân không oxy #phương pháp lắng đọng laser xungTài liệu tham khảo
Ohtomo A, Hwang HY (2004) A high-mobility electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface. Nature 427:423–426
Chen YZ, Bovet N, Trier F, Christensen DV, Qu FM, Andersen NH, Kasama T, Zhang W, Giraud R, Dufouleur J, Jespersen TS, Sun JR, Smith A, Nygård J, Lu L, Büchner B, Shen BG, Linderoth S, Pryds N (2013) A high-mobility two-dimensional electron gas at the spinel/perovskite interface of γ-Al2O3/SrTiO3. Nat Commun 4:1371
Reyren N, Thiel S, Caviglia AD, Kourkoutis LF, Hammerl G, Richter C, Schneider CW, Kopp T, Rüetschi AS, Jaccard D, Gabay M, Muller DA, Triscone JM, Mannhart J (2007) Superconducting interfaces between insulating oxides. Science 317:1196–1199
Brinkman A, Huijben M, van Zalk M, Huijben J, Zeitler U, Maan JC, van der Wiel WG, Rijnders G, Blank DHA, Hilgenkamp H (2007) Magnetic effects at the interface between non-magnetic oxides. Nat Mater 6:493–496
Ariando Wang X, Baskaran G, Liu ZQ, Huijben J, Yi JB, Annadi A, Barman AR, Rusydi A, Dhar S, Feng YP, Ding HHJ, Venkatesan T (2011) Electronic phase separation at the LaAlO3/SrTiO3 interface. Nat Commun 2:188
Li L, Richter C, Mannhart J, Ashoori RC (2011) Coexistence of magnetic order and two-dimensional superconductivity at LaAlO3/SrTiO3 interfaces. Nat Phys 7:762–766
Bert JA, Kalisky B, Bell C, Kim M, Hikita Y, Hwang HY, Moler KA (2011) Direct imaging of the coexistence of ferromagnetism and superconductivity at the LaAlO3/SrTiO3 interface. Nat Phys 7:767–771
Caviglia AD, Gabay M, Gariglio S, Reyren N, Cancellieri C, Triscone JM (2010) Tunable Rashba spin-orbit interaction at oxide interfaces. Phys Rev Lett 104:126803
Chen YZ, Trier F, Kasama T, Christensen DV, Bovet N, Balogh ZI, Li H, Thydén KTS, Zhang W, Yazdi S, Norby P, Pryds N, Linderoth S (2015) Creation of high mobility two-dimensional electron gases via strain induced polarization at an otherwise nonpolar complex oxide interface. Nano Lett 15:1849–1854
Chambers SA, Engelhard MH, Shutthanandan V, Zhu Z, Droubay TC, Qiao L, Sushko PV, Feng T, Lee HD, Gustafsson T, Garfunkel E, Shah AB, Zuo JM, Ramasse QM (2010) Instability, intermixing and electronic structure at the epitaxial LaAlO3/SrTiO3(001) heterojunction. Surf Sci Rep 65:317–352
Lee SW, Liu YQ, Heo J, Gordon RG (2012) Creation and control of two-dimensional electron gas using Al-based amorphous oxides/SrTiO3 heterostructures grown by atomic layer deposition. Nano Lett 12:4775–4783
Chen YZ, Pryds N, Kleibeuker JE, Koster G, Sun JR, Stamate E, Shen BG, Rijnders G, Linderoth S (2011) Metallic and insulating interfaces of amorphous SrTiO3-based oxide heterostructures. Nano Lett 11:3774–3778
Chen YZ, Bovet N, Kasama T, Gao WW, Yazdi S, Ma C, Pryds N, Linderoth S (2014) Room temperature formation of high-mobility two-dimensional electron gases at crystalline complex oxide interfaces. Adv Mater 26:1462
Kormondy KJ, Posadas AB, Ngo TQ, Lu SR, Goble N, Sweet JJ, Gao XPA, Smith DJ, McCartney MR, Ekerdt JG, Demkov AA (2015) Quasi-two-dimensional electron gas at the epitaxial alumina/SrTiO3 interface: control of oxygen vacancies. J Appl Phys 117:095303
Ngo TQ, Goble NJ, Posadas A, Kormondy KJ, Lu SR, McDaniel MD, Sweet JJ, Smith DJ, Gao XPA, Demkov AA, Ekerdt JG (2015) Quasi-two-dimensional electron gas at the interface of γ-Al2O3/SrTiO3 heterostructures grown by atomic layer deposition. J Appl Phys 118:115303
Rizi MY, Marsik P, Mallett BPP, Dubroka A, Christensen DV, Chen YZ, Pryds N, Bernhard C (2016) Infrared ellipsometry study of the confined electrons in a high-mobility γ-Al2O3/SrTiO3 heterostructure. Europhys Lett 113:47005
Yan H, Zhang ZT, Wang SH, Wei XY, Chen CL, Jin KX (2018) Magnetism control by doping in LaAlO3/SrTiO3 heterointerfaces. ACS Appl Mater Interfaces 10:14209–14213
Kalabukhov A, Gunnarsson R, Börjesson J, Olsson E, Claeson T, Winkler D (2007) Effect of oxygen vacancies in the SrTiO3 substrate on the electrical properties of the LaAlO3/SrTiO3 interface. Phys Rev B 75:121404
Liu GZ, Qiu J, Jiang YC, Zhao R, Yao JL, Zhao M, Feng Y, Gao J (2016) Light induced suppression of Kondo effect at amorphous LaAlO3/SrTiO3 interface. Appl Phys Lett 109:031110
Yan H, Zhang ZT, Wang SH, Zhang HR, Chen CL, Jin KX (2017) Modulated transport behavior of two-dimensional electron gas at Ni-doped LaAlO3/SrTiO3 heterointerfaces. ACS Appl Mater Interfaces 9:39011–39017
Rastogi A, Pulikkotil JJ, Auluck S, Hossain Z, Budhani RC (2012) Photoconducting state and its perturbation by electrostatic fields in oxide-based two-dimensional electron gas. Phys Rev B 86:075127
Mannhart J, Schlom DG (2010) Oxide interfaces: an opportunity for electronics. Science 327:1607–1611
Park JW, Bogorin DF, Cen C, Felker DA, Zhang Y, Nelson CT, Bark CW, Folkman CM, Pan XQ, Rzchowski MS, Levy J, Eom CB (2010) Creation of a two-dimensional electron gas at an oxide interface on silicon. Nat Commun 1:94
Niu W, Gan YL, Zhang Y, Christensen DV, von Soosten M, Wang XF, Xu YB, Zhang R, Pryds NN, Chen YZ (2017) Suppressed carrier density for the patterned high mobility two-dimensional electron gas at γ-Al2O3/SrTiO3 heterointerface. Appl Phys Lett 111:021602
Lippmaa M, Nakagawa N, Kawasaki M (2000) Dielectric properties of homoepitaxial SrTiO3 thin films grown in the step-flow mode. J Electroceram 4:365
Sakudo T, Unoki H (1971) Dielectric properties of SrTiO3 at low temperatures. Phys Rev Lett 26:851–853
Carrasco J, Illas F, Lopez N, Kotomin EA, Zhukovskii YF, Evarestov RA, Mastrikov YA, Piskunov S, Maier J (2006) First principles calculations of the atomic and electronic structure of F centers in the bulk and on the (001) surface of SrTiO3. Phys Rev B 73:064106
Lee SW, Heob J, Gordon RG (2013) Origin of the self-limited electron densities at Al2O3/SrTiO3 heterostructures grown by atomic layer deposition–oxygen diffusion model. Nanoscale 5:8940–8944
Sing M, Berner G, Goß K, Müller A, Ruff A, Wetscherek A, Thiel S, Mannhart J, Pauli SA, Schneider CW, Willmott PR, Gorgoi M, Schäfers F, Claessen R (2009) Profiling the interface electron gas of LaAlO3/SrTiO3 heterostructures with hard X-ray photoelectron spectroscopy. Phys Rev Lett 102:176805
Mochizuki S, Fujishiro F, Minami S (2005) Photoluminescence and reversible photo-induced spectral change of SrTiO3. J Phys Condens Matter 17:923–948
Kan D, Terashima T, Kanda R, Masuno A, Tanaka K, Chu S, Kan H, Ishizumi A, Kanemitsu Y, Shimakawa Y, Takano M (2005) Blue-light emission at room temperature from Ar+-irradiated SrTiO3. Nat Mater 4:816–819