同步辐射x射线线二色研究氧化物界面轨道重构和电子重构特性

过渡金属氧化物界面的新现象是物理、信息和材料等领域的研究热点，而实现其界面的轨道重构和电子重构特征的探测也成为理解这些新现象的内在起因和设计、制备氧化物功能器件的关键。本项目根据出射电子逃逸深度和同步辐射X射线线二色 (XLD)能够给出特定元素3d轨道特征之特点，建立部分电子产额的XLD技术（PEY-XLD），解决探测和分离出界面信号以及研究体系具有多元素的困难，实现界面特定元素的轨道重构和电子重构特征的直接探测，为我国科学工作者提供一种新的界面表征手段。利用PEY-XLD研究具有铁磁-铁电双层结构的Fe3O4-BaTiO3薄膜的界面Ti和Fe原子的3d轨道重构和电子重构特征，结合掠入射荧光XAFS和部分电子产额的XMCD技术获得的界面Ti原子几何结构和Fe原子的轨道磁矩、自旋磁矩，了解它们之间的关系，为明确这种铁电-铁磁双层结构的磁电材料中产生界面电耦合效应的微观机理提供理论依据。

综合利用XL、XANES、HRTEM和SQUID 等技术研究了Co:ZnO(铁磁)/ BaTiO3(铁电材料)、Co:ZnO(铁磁)/ Si衬底和TiO2/Co界面的电子结构特征以及过渡金属掺杂的BaTiO3(多铁材料)、ZnO和NiO基稀磁半导体的结构和磁学性质。在MBE制备出的TiO2/Co界面中，发现经过界面扩散到TiO2中的Co原子替代了Ti原子，并且其与退火过程中产生的O 空位形成了一个Co2+-VO复杂体。Ti原子的XL谱进一步表明Co原子和Ti的3d电子之间产生了显著的电子重构特征。在脉冲激光沉积方法制备的Co:ZnO(铁磁)/ BaTiO3(铁电材料)和Co:ZnO(铁磁)/ Si衬底的界面中，发现Co:ZnO(铁磁)/ Si中的Co原子只是以替代位的形式存在。而在Co:ZnO/ BaTiO3中，Co原子除了以替代位的形式存在外，还以Co团簇的形式存在。在固相反应法制备出的多铁材料BaTi1−xCoxO3中，发现Co的浓度低于0.03时，样品的晶体结构是四角形；当样品的浓度增加到0.05时，样品的晶体结构逐渐转变为六角形。在Co和Cr共掺杂ZnO薄膜中，发现随着Cr原子的掺杂样品中的Co团簇消失了。第一性原理计算进一步表明，Co团簇的消失是归因于Cr3+和Co2+之间的电荷转移导致了Co离子之间不能有效的团聚在一起，进而限制了Co团簇的产生。在(Mn,Li)NiO薄膜中，发现随着Li原子掺杂诱导的Mn3+相对含量增加的同时，(Mn,Li)NiO的饱和磁矩显著增加，提出了“价态依赖铁磁性”的新概念，为人们提供了一个调控氧化物稀磁半导体磁学性质的新方法。