绝缘氧化物界面微结构与二维传导性

最近国际上在非磁绝缘氧化物界面奇异超导电性、特大氧离子迁移率、二维传导性、磁性、铁电性等的相继发现，由于其在纳电子器件方面的潜在应用，从而激发了人们对氧化物超薄界面研究的极大兴趣。人们对绝缘界面表现的奇异物理性能的物理机制还不清楚，正处于探索阶段。本项目以SrTiO3/LaAlO3界面为切入点，利用不同生长技术，控制生长条件，制备不同生长参数的高质量薄膜、多层膜或超晶格，利用原子力显微镜、高分辨电子显微镜、同步辐射X射线衍射、散射和反射技术等研究超薄界面的微结构，包括界面化学组分、界面缺陷结构、界面应变、新相形成等；测量超薄膜及薄膜界面的输运特性，结合第一性原理计算，探讨薄膜生长参数、界面微结构和二维传导行为的内在关系，为正确理解其特有的界面传导性为提供依据，并在此基础上探讨其它具有奇异行为的绝缘界面、设计新型纳电子器件。

本项目在过去的3年中（2010-2012），紧紧围绕项目计划任务书根据最近国际上在非磁绝缘氧化物界面奇异超导电性、特大氧离子迁移率、二维传导性、磁性、铁电性等重大发现，以SrTiO3/LaAlO3界面为切入点，利用化学sol-gel方法、热蒸发技术、脉冲激光沉积等不同生长技术，控制生长技术参数，制备了一系列氧化物异质结构薄膜，并通过优化技术参数，获得不同生长参数的高质量薄膜、多层膜或超晶格；利用原子力显微镜、高分辨电子显微镜、同步辐射X射线衍射、散射和反射技术等研究超薄界面的微结构，包括TiO/RuO， TiO/TiO，TiO/PbO等界面化学组分、界面缺陷结构、界面应变、新相形成等；测量了具有单个分子层的超薄膜及薄膜界面的输运特性、磁学特性，结合第一性原理计算，探讨薄膜生长参数、界面微结构和二维传导行为的内在关系，预言了在SrRuO3/SrTiO3单分子层超晶格在小应变下的铁磁序，并获得实验证实；在大张应变下存在铁磁-反铁磁相变，虽因大应变导致样品生长困难，还需要进一步证实外，理论为正确理解其特有的界面传导性为提供依据，并在此基础上探讨其它具有奇异行为的绝缘界面、设计新型纳电子器件。项目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。已发表与本项目相关SCI研究论文29篇，待发表论文5篇，包括Phys. Rev. Lett. 2篇，Phys. Rev. B 1篇，Appl. Phys. Lett. 1篇，AIP Advances 1篇， Chem. Phys. Lett. 1篇；本项目申请发明专利5项，获得授权发明专利1项；出站博士后研究人员1名，毕业博士研究生5名，硕士研究生2名。