阮璐风 王磊 孙得彦

(华东师范大学物理与材料科学学院物理学系,上海 200241)

Sr掺杂对La1−xSrxMnO3/LaAlO3/SrTiO3界面电子结构的影响∗

阮璐风#王磊#孙得彦†

(华东师范大学物理与材料科学学院物理学系,上海 200241)

第一性原理计算,氧化物异质结构,掺杂,准二维电子气

1 引 言

2004年,Ohtomo和Hwang在LaAlO3/SrTiO3(LAO/STO)异质界面发现了高浓度、高迁移率的准二维电子气(q2DEG)[1].正是这一开拓性的研究成果激发了大量的实验[2−6]和理论[7−12]研究.人们逐渐认识到,具有新奇物性的氧化物异质界面不仅包含丰富的物理,也将对未来电子器件的发展产生深远影响.

当前氧化物异质界面研究的核心之一是探寻界面处产生q2DEG的物理机制与界面物性的调控.即使对于LAO/STO异质界面,q2DEG的起源机制仍然存在争论.部分学者认为LAO表面处氧空位的产生[13,14],或表面吸附物[15],或界面处阳离子混杂[16]等这类外部作用是q2DEG产生的主因.但多数学者倾向极化灾变理论[17−19].根据这一理论,沿[001]方向上STO结构的排布可以看作是(SrO)0层和层相互交替堆垛.由于(SrO)0和都是电中性的,所以在STO层中不会产生明显的内建电场.而在LAO中,(LaO)+层和层相互交替排列,因此在LAO层中存在显著的内建电场.当LAO外延生长在衬底STO形成异质界面时,界面处极化不连续.随着LAO覆盖层厚度的持续增加,内建电场逐渐增强.当LAO层达到一定厚度时[9],界面与表面间内部电势梯度足够大,致使STO界面处价带顶对应能级高于LAO表面处导带能级,体系将发生电子重构,有约1/2的电子从LAO层的表面转移到LAO/STO界面的Ti原子上,从……