复杂氧化物中的非线性绝缘体

绝缘态是凝聚态中最基本的电子相之一。该态的特征是存在电子激发的能隙，使得绝缘体在低能下呈电惰性。然而，对于复杂氧化物，绝缘体的概念必须重新审视。由于带隙中存在多个缺陷能级，复杂氧化物的行为不同于整个半导体工业所依赖的SiO2等传统绝缘体。随着半导体工业转向使用此类氧化物作为高介电常数材料，我们需要真正理解这些氧化物在各种电场激发下的绝缘特性。在此，我们报道一类称为非线性绝缘体的新材料，它表现出可逆的电场诱导金属-绝缘体相变。我们在金属/LaAlO3/Nb-SrTiO3异质结构中的绝缘LaAlO3薄膜中演示了这种行为。当施加合适的电压时，观察到了低阻金属态和高阻非金属态之间可重复的相变。我们的实验结果排除了金属电极或氧空位扩散进入LaAlO3层的可能性。相反，该现象归因于LaAlO3缺陷态中准导带（QCB）的形成，该准导带与Nb-SrTiO3的导带形成了连续态。一旦这种连续（金属）态形成，即使关闭电压偏置，该态也保持稳定。需要施加反向电压来耗尽缺陷态中的电荷。我们操控和控制这些缺陷态进而控制复杂氧化物非线性绝缘特性的能力，将为开发新型器件开辟新途径。