PbTiO$_3$/SrTiO$_3$ 界面处的二维电子气：一项第一性原理研究
介观与纳米尺度物理
2015-09-18 v2
摘要
在 polar catastrophe 场景中，极性不连续解释了极性与非极性绝缘体界面处二维电子气（2DEG）形成的驱动力。在本文中，我们用铁电薄膜替代通常的非铁电极性材料，并利用铁电极化作为极性不连续的来源。我们使用第一性原理（ab initio）模拟，在真实的机械和电学边界条件下，系统研究了 PbTiO/SrTiO 异质结构中形成的二维自由载流子气体的稳定性、形成及性质。在临界厚度以上，由于自由载流子的静电屏蔽，铁电层可以稳定在面外单畴构型。我们的模拟还预测该系统可在三种稳定构型（极化向上、向下或为零）之间切换，从而允许在界面处对自由电荷密度和符号进行非易失性调控。此外，我们的分析所证明的铁电极化与自由电荷密度之间的联系，为用于合理化氧化物界面处 2DEG 形成的 polar catastrophe 模型提供了有力支持。
引用
@article{arxiv.1506.04865,
title = {Two-dimensional electron gas at the PbTiO$_3$/SrTiO$_3$ interface: an ab initio study},
author = {Binglun Yin and Pablo Aguado-Puente and Shaoxing Qu and Emilio Artacho},
journal= {arXiv preprint arXiv:1506.04865},
year = {2015}
}
备注
13 pages, 8 figures