LaAlO$_3$/KTaO$_3$界面离子调控实现极高性能二维电子气

由于包括二维超导性和大 Rashba 自旋轨道耦合在内的多种涌现现象共存，基于 5d 过渡金属氧化物的二维电子系统（2DESs）已被展望为现代电子学潜在候选之一。然而，尽管电子质量更轻，作为高性能器件关键要求的载流子迁移率，在 5d 氧化物器件中仍远落后于其 3d 氧化物同类器件。这些氧化物中的载流子迁移率受到生长过程中不可避免产生的缺陷的显著阻碍。在此，我们报道了限域于 LaAlO$_3$/KTaO$_3$ 界面的极高迁移率（$\sim$ 22650 cm$^2$V$^{-1}$s$^{-1}$）的 5d-2DES。该高迁移率超越了同载流子密度范围内 LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ 与 $\gamma$-Al$_2$O$_3$/SrTiO$_3$ 体系中的观测值，是通过室温离子液体门控实现的。我们假定离子液体门控影响氧空位并有效降低界面处的任何无序。在较宽背栅电压范围内研究密度与迁移率，我们揭示迁移率遵循幂律 $\mu \propto n^{1.2}$，表明离子液体门控 LaAlO$_3$/KTaO$_3$ 器件的高质量，与我们的假定一致。此外，对高磁场下测量的量子振荡的分析确认高迁移率电子占据源于 KTaO$_3$ 的 Ta:5d 轨道的电子子带。