過渡金屬氧化物異質(zhì)界面電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、蘇州大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不含為獲得蘇州大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個體和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任。論文作者簽名：尊晷澳籃日期：過渡金屬氧化物異質(zhì)界面電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)的第一性原理研究中文摘要過渡金屬氧化物異質(zhì)

2、界面電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)的第一性原理研究中文摘要由于晶格、自旋、電荷和軌道多種自由度之間的強(qiáng)耦合作用，過渡金屬氧化物展現(xiàn)了許多奇特的物理和化學(xué)性質(zhì)，如高介電常數(shù)、壓電性、熱電性、鐵電性、高溫超導(dǎo)性與龐磁電阻效應(yīng)，以及多鐵性和磁電效應(yīng)等。因此，過渡金屬氧化物具有重要的應(yīng)用潛力與價(jià)值。近幾年，受益于外延合成技術(shù)的飛速發(fā)展，利用不同結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)的過渡金屬氧化物設(shè)計(jì)而成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料正在成為凝聚態(tài)物理與材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。通過構(gòu)建不同的異質(zhì)結(jié)構(gòu)可

3、以實(shí)現(xiàn)奇異的、有別于塊材的物理性質(zhì)，而這些性質(zhì)是可以門電壓調(diào)控的，進(jìn)一步表明他們在科技創(chuàng)新上具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文基于第一性原理計(jì)算，我們構(gòu)建并研究了幾種氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)。其表現(xiàn)出的電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)以及界面奇異的磁性質(zhì)為自旋電子學(xué)器件提供了材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。首先，我們研究了SrTi03(110)和(111)極性表面的電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)現(xiàn)象。為了補(bǔ)償表面極性不連續(xù)，SrTi03(110)和(111)表面出現(xiàn)了導(dǎo)電性。另外，這里的導(dǎo)電性是自旋極化的，其

4、中(111)Sr03和(110)SrTiO表面的自旋極化率分別高達(dá)86％和97％。以02和Sr03為表面的體系，02p軌道提供空穴，形成二維空穴氣；而以Ti和SrTiO為表面的體系，表面幾層的Ti3d軌道被電子部分占據(jù)，進(jìn)而形成二維電子氣。這里的鐵磁性可以通過Stoner機(jī)制進(jìn)行理解，表面Ti3d軌道占據(jù)的電子數(shù)和O2p軌道提供的空穴數(shù)目比較大是導(dǎo)致鐵磁序出現(xiàn)的主要原因。另外，我們從熱力學(xué)的角度分析了SrTi03(110)和(“1)表面

5、的熱穩(wěn)定性，研究結(jié)果表明上述介紹的電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)上是可以實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)一步證明這些體系在自旋電子學(xué)上潛在的應(yīng)用前景。第二，利用具有反鐵磁性的EuTi03替代LaAl03／SrTi03超晶格中的SrTi03，我們構(gòu)建了LaAl03厄uTi03異質(zhì)結(jié)構(gòu)。由于Eu4f電子的存在，我們發(fā)現(xiàn)LaAl03／EuTi03異質(zhì)界面出現(xiàn)了自旋極化的二維空穴氣和二維電子氣：P型異質(zhì)界面出現(xiàn)完全自旋極化的二維空穴氣。Eu4f軌道比較大的軌道交換劈裂和費(fèi)米能