同步辐射技术研究绝缘氧化物表面/界面微结构

近年来人们在两种完美绝缘钙钛矿氧化物界面发现了一系列新颖的物理特性，诸如超导电性、非本征铁电性、高电子或离子迁移率、磁性等，这些现象均发生在界面几个纳米的薄层内。对这类新颖物理现象的理解并开发新的有用纳米器件成为物理以及材料领域的重要课题之一。因此本项目拟基于高强度、高准直性、宽频谱的同步辐射光源，采用同步辐射衍射与散射技术，发展极薄层X射线散射技术，详细表征SrTiO3基超薄绝缘氧化物薄膜的表面/界面化学组成、缺陷结构、表面重构、应变分布等，结合其他微观表征技术如透射电子显微镜和物性计算方法共同探讨界面反常特性的内在机理，进而实现材料设计的进一步优化。

研究SrTiO3相关绝缘氧化物异质结构的表面和界面微结构，应力分布、缺陷结构分布等，对理解该体系中所呈现出的新颖物性的真正背后物理机制具有重要意义。因此，在在过去的3年中（2010-2012），项目组紧紧围绕项目计划任务书，设计出具有特色的SrTiO3相关绝缘氧化物异质结构，如SrTiO3/LaAlO3, SrTiO3/SrRuO3, SrTiO3/PbTiO3等，利用同步辐射技术细致研究SrTiO3相关异质结的表面/界面化学组成、缺陷结构、表面重构、应变分布等，并结合第一性原理计算方法共同探讨界面反常特性的内在机理。发展了X射线Fabry-Perot (FP) 谐振腔的设计理念，所设计出FP谐振腔性能远远突破传统X射线光学器件的极限，达到前所未有的高分辨率和相干性，为现代同步辐射光源和自由电子激光的发展提供了巨大机遇。利用掠入射反射研究SrTiO3薄膜表面/界面化学组成，粗糙度等，获得了SrTiO3薄膜表面/界面原子结构；研究不同应变状态下SrTiO3/SrRuO3超晶格的应力分布，从结构角度分析了宏观铁磁-反铁磁相变的内在机制；研究SrTiO3/LaAlO3界面缺陷稳定性情况，为已经报道的奇异界面物理现象的内在物理机制提供合理的理论解释。并基于已积累的丰富同步辐射经验，将研究对象扩展到其它具有特殊磁性和输运特性的钙钛矿材料体系（如多铁化合物BiFeO3，4d钌氧化物Sr2RuO4等）、和半导体材料(InN薄膜和GeSn合金薄膜)等，开展了卓有成效的工作。课题组发表与项目相关SCI研究论文23篇，培养博士后1名，博士研究生5名，硕士研究生2名