通过外延应变调控 LaAlO3/SrTiO3 (001) 界面的二维电子气
材料科学
2015-05-20 v1
摘要
最近在绝缘氧化物界面处发现了金属态，最显著的是 LaAlO3 和 SrTiO3。这种二维电子气(2DEG)的特性因其在纳米电子学中的潜在应用而引起了广泛关注。控制 2DEG 的载流子密度和迁移率对于这些新型系统的应用至关重要，并且可以通过外延应变来实现。然而，尽管应变对氧化物材料性质(如铁电性、磁性和超导性)的影响非常丰富，但应变与 LaAlO3/SrTiO3 异质界面处 2DEG 电学性质之间的关系在很大程度上仍未得到探索。在这里，我们使用不同晶格常数的单晶衬底来制备具有受控水平双轴外延应变的 LaAlO3/SrTiO3 界面。我们发现，拉伸应变的 SrTiO3 会破坏导电的 2DEG，而压缩应变的 SrTiO3 则保留 2DEG，但载流子浓度与无应变的 LaAlO3/SrTiO3 界面相比有所降低。我们还发现，用于 2DEG 形成的临界 LaAlO3 覆盖层厚度随 SrTiO3 压缩应变的增加而增加。我们的第一性原理计算表明，SrTiO3 层中应变诱导的电极化是造成这种行为的原因。该极化方向背离界面，因此产生与极性 LaAlO3 层相反的负极化电荷。这既增加了 LaAlO3 层的临界厚度，也降低了临界厚度以上的载流子浓度，与我们的实验结果一致。我们的发现表明，外延应变可用于调控 LaAlO3/SrTiO3 异质界面的 2DEG 特性。
引用
@article{arxiv.1011.4082,
title = {Tailoring a two-dimensional electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 (001) interface by epitaxial strain},
author = {C. W. Bark and D. A. Felker and Y. Wang and Y. Zhang and H. W. Jang and C. M. Folkman and J. W. Park and S. H. Baek and X. Q. Pan and E. Y. Tsymbal and M. S. Rzchowski and C. B. Eom},
journal= {arXiv preprint arXiv:1011.4082},
year = {2015}
}