氧化物低维结构的光物理研究

发展精确控制的激光分子束外延制备技术，设计和生长用于光物理研究的不同类型高质量、具有原子级清晰界面的钙钛矿氧化物薄膜、异质结、多层膜等低维结构，并在一定程度上实现可控氧空位的材料生长。实验与理论相结合地研究氧化物，尤其是磁性氧化物，不同材料体系和低维结构的光电物理，揭示低维氧化物结构的光电响应动态物理过程，发现低维氧化物低维异质中界面、结构、氧空位、材料体系和磁场等因素对其光电响应的内在影响机制。通过结构设计和外场实现对其光电物理性能的调控，为下一代氧化物光电功能器件的实现奠定物理基础。发展二阶非线性光学对氧化物异质结界面的探测方法，揭示低维氧化物人工材料界面电荷、自旋散射、极化等因素对二阶非线性光学响应的影响及物理机制。为氧化物异质结界面的表征发展光学手段和方法。

按照项目计划，我们发展了精确控制的激光分子束外延制备技术，设计和生长用于光物理研究的不同类型高质量、具有原子级清晰界面的钙钛矿氧化物薄膜、异质结、多层膜等低维结构。基于高质量的复杂氧化物薄膜制备，我们取得的主要进展包括：在BiFeO3（BFO）薄膜中，我们首次通过激光的引入使得铁电薄膜不同极化区域表面电势差获得的极大的增强和恢复，提出了光场调控下实现铁电薄膜非破坏性读取的一种新方法；基于这种方法，我们同时探测了照光区域和未照光区域表面电势分布，以及电势分布随着照光后时间的变化，在BFO薄膜材料上发现了具有超长驰豫时间的光致影响；进一步，我们研究了BFO薄膜表面屏蔽电荷弛豫动力学，发现电荷面内扩散是其主要的弛豫机制；实现了BFO薄膜在电场、光场电场协同作用下四种电阻态的转换，进一步在基于多层膜氧化物异质结的紫外光电器件中获得了比单异质结大二十倍的光电增强效应；发展二阶非线性光学对氧化物异质结界面的探测方法，不同厚度BFO薄膜的二次谐波图像表明随膜厚增加薄膜的对称性从四方相到菱形相演化。在项目执行期间，项目负责人当选美国物理学会会士 APS Fellow、亚太物理学会常务理事 AAPPS Council Member、中国物理学会女物理工作者委员会主任、二级研究员。项目组成员共发表SCI论文35篇，其中包括Small、PRB (Rapid Communication)、Adv. Mater. Interfaces、ACS Appl. Mater. Interfaces、Sci. Rep.等影响因子大于5的9篇，影响因子大于3的21篇，申请发明专利4项。培养博士毕业生6人，其中3人获得国家奖学金。与美国伯克利大学、路易斯安娜州立大学、宾州大学等开展合作交流，做国际邀请报告14次。综上所述，我们已经完成项目预定的研究任务。