钙钛矿结构钒基氧化物量子序的连续应力调控研究

钙钛矿结构钒基氧化物中电荷、自旋、轨道和晶格等自由度的相互竞争和合作，导致电荷序、自旋序和轨道序等量子有序现象的出现。能带填充n(band filling)和单电子能带宽度W(one-electron bandwidth)是调控其量子序的关键电子参数。n取决于A位二价离子掺杂量，W的变化可以通过A位同价离子替代所导致的化学内压力和外加物理压力来实现，常用的外加物理压力包括静压力和晶格失配的衬底对外延薄膜所施加的应力两种。本项目拟选择具有不同n和W的钒基氧化物为研究对象，选择铁电单晶PMN-PT作为钒基氧化物薄膜外延生长的衬底，利用其逆压电效应来实现钒基氧化物薄膜中的连续可调应力，通过连续应力原位连续改变W，着力于钒基氧化物中量子序的连续应力调控研究，深入研究应力、晶体结构与量子序的相互关系，从而为从应力角度理解钒基氧化物中的量子序提供相关实验基础。

钙钛矿结构钒基氧化物中电荷、自旋、轨道和晶格等自由度的相互竞争和合作，使得该体系呈现出丰富的物理性质。本项目以具有不同掺杂浓度和单电子能带宽度的钙钛矿结构钒基氧化物(La，Sr)VO3和(Pr, Ca)VO3为研究对象，采用脉冲激光沉积方法在LaAlO3、SrTiO3和铁电PMN-PT单晶衬底上制备了一系列高质量的钙钛矿结构钒基氧化物外延薄膜。研究发现钒基氧化物薄膜中的晶格失配应力都已经通过不可避免产生的氧空位等缺陷释放，衬底性质和制备条件对薄膜物性有重要的影响：如在La2/3Sr1/3VO3薄膜中观测到了氧空位诱导的金属-绝缘体转变，这可归因于由衬底-薄膜氧扩散所导致的氧含量的不同；在LaVO3/SrTiO3中发现通过沉积速率可以调节LaVO3薄膜中的氧含量，从而调控两者界面的二维电子态输运性质。相信我们的这些结果可为将来该领域的进一步深入研究积累相关的实验数据。