基于SrTiO3的氧化物异质结界面输运性质的调控研究

The emergent phenomena arising at the interface between oxide materials, such as two dimensional electron gas and its superconductivity, which is not only very important for understanding the basic physical mechanism of correlation electron systems, but also provides a great prospect for the oxide electronic devices. The origin of the conductivity at the oxide interfaces, however, is still not clear. We will fabricate SrTiO3-based heterostructures with controlled interfaces by Oxide Molecular Beam Epitaxy and Laser Molecular Beam Epitaxy. In order to investigate how the polarization, doping and strain affect the electrical properties, we will prepare the interfaces with the polarized molecules absorbed, the ferroelectric films capped, and heterostructures deposited on substrates with giant piezoelectricity. Such samples’ electrical transport properties and critical thickness will be studied by performing Micro four Point Probe and Hall measurements, to see the dependence on the polarization, strain and doping. This project will help us to understand the mechanisms of conductivity at the oxide interfaces.

基于SrTiO3的氧化物异质结界面展现出的新奇现象及效应，如高迁移率的二维电子气及其超导特性等，不仅对理解关联电子系统的基本物理有重要意义，而且为氧化物电子学器件提供了巨大的应用前景。然而目前对基于SrTiO3的氧化物异质结界面处产生导电性的机理仍有争论，对其电学输运性质的调控尚有很多困难。本项目拟以基于SrTiO3的氧化物异质结为研究对象，利用氧化物分子束外延和激光分子束外延技术制备高质量的界面可控的氧化物异质结。通过在样品表面吸附极性分子、覆盖铁电层、精确控制掺杂以及选择具有优良压电特性的衬底等方法，实现极性、掺杂以及应力对基于SrTiO3的氧化物异质结界面电学输运性质的调控，获得高载流子迁移率，同时优化载流子浓度及降低临界厚度。进一步理解基于SrTiO3的氧化物异质结界面处导电性的产生机理及调控界面输运性质的物理机制，为氧化物电子学器件的应用提供物理基础。

基于SrTiO3的氧化物异质结界面展现出的新奇现象及效应，如高迁移率的二维电子气及其超导特性等，是氧化物研究中非常重要的课题，对发展下一代氧化物电子学器件具有重要意义。在本项目的支持下，我们利用氧化物分子束外延和激光分子束外延技术，在薄膜的可控精确制备、性质调控以及高载流子迁移率的二维电子气制备方面取得了如下进展：1）发展了精确控制薄膜特别是极性薄膜生长的方法，制备出了高质量的界面可控的基于SrTiO3的氧化物异质结；通过精确控制薄膜中的阳离子掺杂，获得了可调控的铁电SrTiO3薄膜；利用分子束外延生长过程中的热力学规律精确地控制了SrTiO3薄膜中的氧空位分布；2）研究了铁电极化对二维电子气电学性质的调控作用；3）优化了生长条件后，将SrTiO3/LaTiO3/SrTiO3(001)低维结构的电子迁移率提高到了25400cm2/Vs。项目目前取得的科学成果，为下一代氧化物电子学器件的应用提供了物理基础。