外延 Ca0.5TaO3 界面的半导体行为
材料科学
2025-02-18 v1
摘要
对称性破缺系统中会出现涌现现象，尤其是最近发现的 KTaO3 界面附近的二维电子气及其可调超导性。在此，我们沿 [001] 和 [111] 两个取向合成了钙钛矿 Ca0.5TaO3 薄膜。与 KTaO3 体系不同，当覆盖 LaAlO3 薄膜时，[001] 和 [111] 取向的 Ca0.5TaO3 薄膜均表现出半导体行为。通过在更高温度下生长薄膜，可以引入更多的氧空位，并且载流子密度可以从 ~ 1014 cm-2 调节至 ~ 1016 cm-2。另一个区别在于，KTaO3 (111) 的超导转变温度 Tc 随其载流子密度线性增加，而当载流子密度在 ~ 1014 cm-2 至 ~ 1016 cm-2 范围内时，Ca0.5TaO3 (111) 仍保持半导体特性。基于密度泛函理论计算，Ca0.5TaO3 和 KTaO3 表现出相似的电子能带结构。根据能量色散 X 射线谱，我们发现了从衬底到 Ca0.5TaO3 层的严重 Sr 扩散，这可能会破坏界面导电性。我们的工作表明，在钽酸盐中，除了氧空位之外，电子输运对界面附近的原子混合也非常敏感。
引用
@article{arxiv.2502.10730,
title = {Semiconducting behaviors at epitaxial Ca0.5TaO3 interfaces},
author = {Guangdong Nie and Guanghui Han and Shengpu Huang and Huiyin Wu and Deshun Wang and Kangxi Liu and Hao Ding and Fangdong Tang and Licong Peng and Dashuai Ma and Young Sun and Changjiang Liu and Deshun Hong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.10730},
year = {2025}
}