具備豐富化學組分和結構相的鈣鈦礦過渡金屬氧化物展現(xiàn)出了眾多新奇復雜的物性,一直以來備受物理學家關注。鈣鈦礦氧化物界面處電荷或空間對稱破缺導致的晶格或電子重構,導致產(chǎn)生其同組分塊體材料可能都不具備的各種新奇物性。相比于單界面體系,氧化物超晶格結構體系內(nèi)的高界面的比重將引入額外的復合結構特性,從而展現(xiàn)出單界面異質(zhì)結體系可能無法實現(xiàn)的復雜物性。因此理解、預測和調(diào)控氧化物超晶格體系的物理性質(zhì)顯得尤為重要。目前,在基礎物理理解方面,氧化物LaAlO₃/SrTiO₃異質(zhì)結界面準二維電子氣的起源還有爭議,特別是離子弛豫在其中扮演的角色不是特別清楚;在物性調(diào)制方面,需要不斷探索新的、有效的調(diào)控策略,為其應用服務。本論文主要針對上面兩個方面展開�；诿芏确汉碚�,利用第一性原理計算方法,（1）為尋找不同于施加外部力場的新的調(diào)控體系自由電荷性質(zhì)的方式,我們提出通過在指定界面人為引入離子混雜缺陷可構造LaAlO₃/SrTiO₃（001）界面合金結構。在離子混雜缺陷占比低于25%,可實現(xiàn)將自由電子局限在指定界面處單原子層內(nèi)... 

【文章來源】：華東師范大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

理想立方鈣鈦礦結構

上述晶格畸變通常也伴隨有氧八面體扭轉,對此,Glazer[18]建立了一套基于對稱性來描述氧八面體扭動的標記方法:BO6氧八面體繞贗立方晶軸[100]、[010]和[001]傾斜程度的不同分別用a、b和c來表示。并發(fā)現(xiàn)如果選取了任一晶軸,那么垂直于這一晶軸方向的相鄰氧八面體的轉動方向一定是相反的,用“-”表示;如果相鄰氧八面體轉動方向相同,則用“+”號表示;若氧八面體沒有轉動,用“0”表示。氧八面體扭轉同時導致了B-O-B鍵夾角的減小,這對鈣鈦礦氧化物磁性和輸運性質(zhì)有明顯影響:對于稀土鎳酸(RNiO3)鹽鈣鈦礦氧化物[19,20],Ni-O-Ni夾角的減小伴隨著一階金屬絕緣性相變;而錳氧化物中磁性超交換作用也有賴于Mn-O-Mn夾角,影響Mn3+和Mn4+離子之間電子躍遷幾率[21]。1.2.2 Jahn-Teller畸變

軌道簡并的結構通常都會發(fā)生Jahn-Teller畸變,進一步退簡并。B位過渡金屬元素的d電子軌道在球形場中本來是五重簡并,而在氧八面體構成的晶體場中將劈裂成能量較低的三重簡并t2g軌道(dxy、dyz和dzx),以及能量較高的二重簡并的eg軌道,如圖1.2所示。而氧八面體畸變致使體系對稱性降低,也必定會進一步完全或部分解除軌道簡并度,導致有些軌道能級升高,部分軌道能級降低。以Mn3+為例,根據(jù)洪特定則,總自旋量子數(shù)取最大,即電子構型為d4高自旋態(tài),因此其中3個電子占據(jù)能量較低的t2g軌道,另外一個電子占據(jù)能量較高的雙重簡并eg軌道。而Jahn-Teller效應導致氧八面體畸變使eg軌道退簡并變?yōu)檐壍?如果是對稱性降低為四方壓縮,eg軌道將劈裂成軌道能量變得更高的軌道和能量降低的軌道,電子優(yōu)先占據(jù)軌道,因此體系能量降低,如圖1.3(a)。如果體系d軌道是滿占據(jù)的,例如圖1.3(b)所示為d5高自旋態(tài),那么Jahn-Teller畸變將不會改變體系總能。1.3 過渡金屬鈣鈦礦氧化物基本物性


本文編號：2902644