铁磁半导体氧化物异质结薄膜的界面调控和性能表征

With the development of science and technology and consistent increase of human needs, the miniaturization and high integration of electronic devices have become an inevitable trend of the development of electronic devices. As the scale of electronic devices reduce to the atomic scale, physical limits can result in losses of many macroscopic physical properties.The use of spin degree freedom instead of charge for information storage and computing is the trend of the development of a new generation of electronic devices, and ferromagnetic semiconductor is one of the biggest concerns in recent years. Based on previous research experience and experimental results achieved by the applicant, this proposal plan to base on the ferromagnetic semiconductor oxide，combining with conventional semiconductors, to systematically study the spin transport and other scientific problems in the heterojunction interface. The project aims to investigate the interaction of the spin degree freedom with other degrees of freedom, explore the novel physical effect caused by interfacial effect. The successful completion of this project will have a significant impact on the both scientific and technical community.

随着科技的迅速发展和人类需求的不断提高，电子器件的小型化、高集成度是电子器件发展的一个必然趋势。当电子器件小到原子尺度时，因达到物理极限而导致许多宏观物理性质丧失。利用电子自旋来代替电荷完成信息的传输和运算，是新一代电子器件的发展趋势，其中铁磁半导体是近年来最受人们关注的热点之一。申请人在前期实验的基础上，本项目计划以铁磁半导体氧化物薄膜为核心，与传统半导体氧化物相结合，系统研究异质结界面的电子自旋输运等科学问题。本项目旨在揭示电子自旋与其他自由度的内在耦合机制，探索界面效应引起的新奇的物理效应，具有深刻而广泛的学术意义和应用价值。

近些年来，随着人们对于电子器件需求的不断提升，氧化物半导体薄膜受到了人们广泛的关注。本课题针对氧化镉半导体薄膜和磁性绝缘体氧化铕薄膜及其界面和性能调控展开研究。首先，我们系统性地研究了镧元素掺杂对于氧化镉薄膜输运性能的影响，我们发现在2K条件下，薄膜的相位相干长度最大可达3.7微米，并且研究了电子迁移率、相位相干长度、相位相干时间随着温度和镧元素掺杂浓度的变化规律，区分了弹性散射和非弹性散射随掺杂浓度的变化机制。其次，我们对镧元素掺杂的氧化铕薄膜中的拓扑霍尔效应进行了研究，我们发现镧元素掺杂浓度为10%时，斯格明子存在的温度区间是最大的，并且我们研究了镧元素掺杂浓度对于斯格明子的尺寸和密度的影响。最后，我们研究了磁性绝缘体氧化铕与KTaO3界面的二维电子气，二维电子气不但具有高的迁移率，最大为111.6 cm2/V·s，并且还有着明显的自旋极化；温度达到70 K时, 我们依然可以测量到反常霍尔效应。此外，我们还利用密度泛函理论验证了我们的实验结果。此研究为氧化物薄膜在自旋电子学器件方面的应用提供了理论依据，具有重要的意义。