LaMnO3氧化物異質(zhì)界面電子結(jié)構(gòu)和磁性的研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著先進(jìn)的外延薄膜生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展，在實(shí)驗(yàn)研究上，利用分子束外延和脈沖激光沉積技術(shù)，可以制備出具有原子級(jí)平整的薄膜結(jié)構(gòu)，過(guò)渡金屬氧化物界面得到了廣泛的研究。眾所周知，鈣鈦礦型過(guò)渡金屬氧化物本身具有許多有趣的物理性質(zhì)，如高溫超導(dǎo)性、鐵電鐵磁性、電荷軌道自旋有序、La1-xSrxMnO3的巨磁阻效應(yīng)，當(dāng)兩種不同的鈣鈦礦氧化物材料組成異質(zhì)界面時(shí)，界面處的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性被打破，電子之間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)增強(qiáng)，體系中就可能會(huì)發(fā)生氧八面體結(jié)構(gòu)的畸變、電荷

2、轉(zhuǎn)移、自旋極化、軌道重構(gòu)等現(xiàn)象，從而在界面處獲得不同于單獨(dú)塊體材料所具有的新奇量子態(tài)，氧化物界面具有的潛在應(yīng)用前景使其成為現(xiàn)代電子信息材料的研究熱點(diǎn)。在基于LaMnO3的異質(zhì)結(jié)中，Mn離子3d電子占據(jù)數(shù)目是3-4個(gè)，電子占據(jù)在多個(gè)軌道上，界面磁構(gòu)型復(fù)雜。鈣鈦礦型氧化物沿(001)或(111)方向生長(zhǎng)可以產(chǎn)生不同類型的極性原子層，滿足化學(xué)計(jì)量比的異質(zhì)結(jié)界面會(huì)發(fā)生極性不連續(xù)，電荷的轉(zhuǎn)移能夠有望在錳基氧化物異質(zhì)界面處獲得高度自旋極化的二維電子

3、氣。
　　本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，研究了幾種鈣鈦礦型氧化物界面的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)，主要的結(jié)果如下:
　　一、我們研究了過(guò)渡金屬氧化物(LaMnO3)n/(SrTiO3)m異質(zhì)界面的離子弛豫、電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)。研究表明，不同的組分厚度比及不同界面構(gòu)型，離子的弛豫程度各不相同，界面處的電子性質(zhì)受此影響大。對(duì)于n型界面，當(dāng)LaMnO3的厚度達(dá)到6個(gè)單胞層后，電子會(huì)從LaMnO3轉(zhuǎn)移到SrTiO3，轉(zhuǎn)移的電子占

4、據(jù)界面層Ti原子的3d電子軌道，界面處出現(xiàn)二維電子氣。對(duì)于n型界面(LaMnO3)n/(S rTiO3)2，隨著LaMnO3厚度數(shù)的增加，由離子弛豫造成的結(jié)構(gòu)畸變減小，而界面處Ti原子周圍電子的態(tài)密度和自旋極化卻增大，這表明高厚度比的n型界面有利于產(chǎn)生高遷移率的二維電子氣和自旋極化。而對(duì)于p型(LaMnO3)2/(SrTiO3)8界面，在SrTiO3一側(cè)基本沒有結(jié)構(gòu)畸變，界面處無(wú)電子轉(zhuǎn)移和自旋極化現(xiàn)象。通過(guò)計(jì)算平均靜電勢(shì)發(fā)現(xiàn)n型和p型界

5、面處的勢(shì)差大小相差2eV,解釋了p型界面不容易發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移的原因。
　　二、我們研究了(001)和(111)方向(LaMnO3)m/(LaNiO3)n界面體系的電子、磁結(jié)構(gòu)性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于(001)方向生長(zhǎng)的(LaO)+/(NiO2)-界面以及(111)方向生長(zhǎng)的(LaO3)3-/(Ni)3+界面，界面層的磁序都轉(zhuǎn)變成了鐵磁性耦合，不同于LaMnO3的反鐵磁性和LaN iO3的順磁性，兩種方向生長(zhǎng)的異質(zhì)界面都有電子從LaM