LaAlO3/SrTiO3 异质结构中的氧空位与氢掺杂:电子性质及对表面与界面重构的影响
强关联电子
2019-05-03 v2 材料科学
摘要
我们基于密度泛函理论通过电子结构计算,研究了 LaAlO3、SrTiO3 以及 LaAlO3/SrTiO3 异质结构的表面及 slab 内部氧空位与氢掺杂剂对电子性质的影响。视浓度不同,LaAlO3 slab 中这些缺陷的存在可抑制表面导电性。相反,在绝缘 SrTiO3 slab 中,即便很小的氧空位或氢掺杂原子浓度也会诱导导带有限占据。具有三层 LaAlO3 覆盖层的绝缘 LaAlO3/SrTiO3 异质结构 slab 中的表面缺陷导致界面导电性出现。计算的缺陷形成能显示,对于所有考虑的结构与浓度,氢掺杂原子强烈倾向于表面位点。随着 LaAlO3 覆盖层厚度增加,氢吸附原子的缺陷形成能急剧下降并从正值跨越到负值,加之氢吸附原子诱导的金属导电性,无缝解释了作为覆盖层厚度函数观测到的这些异质结构的半导体-金属转变。此外,我们表明对于金属构型,势降与伴随的(层分辨)能带边移动被抑制。最后,由表面或界面处的氧空位,或埋于界面的氢原子,产生了具有稳定局域磁矩的磁性,这些磁矩在界面处形成原子级薄磁层。特别是,TiO2 界面层中的氧空位导致邻近空位的 Ti 原子 3d e_g 态剧烈下移,产生强局域磁矩,其叠加在二维背景磁化之上。
引用
@article{arxiv.1803.01382,
title = {Oxygen vacancies and hydrogen doping in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures: electronic properties and impact on surface and interface reconstruction},
author = {I. I. Piyanzina and V. Eyert and Yu. V. Lysogorskiy and D. A. Tayurskii and T. Kopp},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.01382},
year = {2019}
}
备注
15 pages, 17 figures