發(fā)布時(shí)間：2018-04-17 13:17

  本文選題：鈣鈦礦氧化物 + 第一性原理計(jì)算�。� 參考：《華東師范大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：由于界面上存在著自由度之間的多重耦合,以及氧次晶格對(duì)不同材料的兼容性,鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)界面產(chǎn)生了許多塊體材料中不具備的新穎物理。這一特點(diǎn)使鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)在下一代新型電子學(xué)和自旋電子學(xué)器件應(yīng)用方面?zhèn)涫芷诖�。在這些材料中,LaAlO_3/SrTiO_3界面自從其被發(fā)現(xiàn)存在界面二維電子氣之后就吸引了眾多的研究關(guān)注,并且已經(jīng)被證實(shí)存在超導(dǎo)、磁性和可控的Rashba自旋軌道耦合。盡管LaAlO_3/SrTiO_3界面已經(jīng)在過去十多年間被廣泛研究,但是關(guān)于二維電子氣的起源問題仍舊存在著爭(zhēng)議。在LaAlO_3/SrTiO_3界面研究蓬勃發(fā)展的期間,一個(gè)名為"多鐵體"研究的領(lǐng)域也因?yàn)锽iFeO_3/SrTiO_3薄膜的制備而悄然興起。這一新興學(xué)科不僅復(fù)興了鐵電隧道結(jié)的研究,還將自旋電子學(xué)研究延伸到了鈣鈦礦氧化物中。受益于這種交叉學(xué)科的研究,具有多態(tài)信息存儲(chǔ)功能的多鐵隧道結(jié)作為多功能器件被提出,然而目前為止這種器件的實(shí)際應(yīng)用程度遠(yuǎn)不及我們所期望的那么高。本博士畢業(yè)論文中,在綜述上述兩個(gè)領(lǐng)域中最近研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,我們對(duì)貢獻(xiàn)LaAlO_3/SrTiO_3界面二維電子氣的因素有了深刻的理解,并發(fā)展了一種應(yīng)力工程手段來動(dòng)態(tài)地調(diào)制LaAlO_3/SrTiO_3界面上的二維電導(dǎo)性質(zhì)。利用LaA1O_3和SrTiO_3的束縛效應(yīng),我們通過界面截止面工程設(shè)計(jì)了一種新型單層過渡金屬氧化物。除了上述研究之外,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種具有顯著電致電阻效應(yīng)和磁致電阻效應(yīng)的新型多鐵隧道結(jié)。具體地,我們首先研究了臨界尺寸為四層的(110)LaAlO_3/SrTiO_3界面二維電子氣,并且發(fā)現(xiàn)由于La和Ti共存所帶來的能帶彎曲是二維電子氣的關(guān)鍵要素。這種能帶彎曲現(xiàn)象在(001)LaAlO_3/SrTiO_3界面上也是存在的。受到我們第一性原理計(jì)算的預(yù)測(cè)以及實(shí)驗(yàn)證據(jù)的驅(qū)動(dòng),我們發(fā)展了一種可以解釋界面上能帶彎曲的靜電模型,并且提供了一種新的視角來兼容極化不連續(xù)機(jī)制、缺陷誘導(dǎo)型機(jī)制和離子互擴(kuò)散機(jī)制。接著,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于磁致伸縮材料的LaAlO_3/SrTiO_3界面系統(tǒng),在這個(gè)系統(tǒng)中,我們可以通過直流磁場(chǎng)將單軸應(yīng)力施加在(001)LaAlO_3/SrTiO_3界面上。我們的第一性原理計(jì)算表明單軸壓應(yīng)力可以增強(qiáng)界面導(dǎo)電性而單軸拉應(yīng)力則傾向于降低導(dǎo)電性。我們的實(shí)驗(yàn)測(cè)量證明了這一結(jié)論。此外,單軸應(yīng)力作用下的LaAlO_3/SrTiO_3界面表現(xiàn)出各向異性的輸運(yùn)性質(zhì),并且這些輸運(yùn)性質(zhì)對(duì)所施加單軸應(yīng)力的類型很敏感。一言以蔽之,我們實(shí)現(xiàn)了一種可以通過控制磁場(chǎng)來動(dòng)態(tài)調(diào)制(001)LaAlO_3/SrTiO_3界面上各向異性輸運(yùn)性質(zhì)的方法。之后,我們發(fā)現(xiàn)LaAlO_3和SrTiO_3界面上的束縛效應(yīng)是一種設(shè)計(jì)新型功能性單層過渡金屬氧化物的途經(jīng)。以?shī)A在鈣鈦礦氧化物界面上的Mn02為例,我們發(fā)現(xiàn)通過適當(dāng)?shù)慕刂姑婀こ炭梢灾貥?gòu)異質(zhì)結(jié)系統(tǒng)中的靜電場(chǎng),從而引起界面單層尺度上不同尋常的金屬——絕緣體相變和磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。不像(001)LaAlO_3/SrTiO_3和(110)LaAlO_3/SrTiO_3界面中那樣——界面二維電子氣要求有臨界尺寸,在我們所研究的單層MnO2中,高度自旋極化的二維電子氣獨(dú)立于覆蓋層的厚度,沒有臨界尺寸的要求。在本論文研究主體的最后一部分中,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種由"三色"鐵電勢(shì)壘層和SrRuO_3電極組成的多鐵隧道結(jié),并且報(bào)道了其中的四阻態(tài)效應(yīng)。在這一研究中,"三色"鐵電勢(shì)壘層實(shí)際上是三種鈣鈦礦材料,即SrTiO_3、BaTiO_3和CaTiO_3的堆疊結(jié)構(gòu)。這種三組分的鐵電復(fù)合材料具備本征的非對(duì)稱鐵電性,并且在金屬電極接觸的情況下依舊保持良好的鐵電性。在使用了這種復(fù)合鐵電材料的多鐵隧道結(jié)中,我們發(fā)現(xiàn)即使采用對(duì)稱電極,依然能夠產(chǎn)生四個(gè)涇渭分明的電阻態(tài)。這種對(duì)稱的多鐵隧道結(jié)產(chǎn)生了顯著的隧穿電致電阻效應(yīng)和磁致電阻效應(yīng),其性能可以與已經(jīng)被廣泛研究的非對(duì)稱多鐵隧道結(jié)性能相媲美。
[Abstract]:In addition to the above research , we have developed a novel single - layer transition metal oxide , which has been widely studied in the next generation of new electronics and spintronic devices .

【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O469

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本文編號(hào)：1763763