李云 鲁文建

1) (韩山师范学院物理与电子工程学院,潮州 521041)

2) (中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所,合肥 230031)

利用密度泛函理论计算,本文系统研究了δ 掺杂的La:SrTiO3 超晶格结构的电子性质随掺杂维度和掺杂浓度改变而变化的规律性.该结构通过在SrTiO3 等间距的单元层中掺入一定浓度的La 来实现.在25%La 掺杂浓度下,随着相邻掺杂层间距从1 个单层增加到5 个单层,掺杂维度从三维过渡到二维,超晶格从金属性变到绝缘体性,并在带隙中产生局域态,且该局域态呈现出电荷序、自旋序和轨道序.这种金属-绝缘体转变是由于二维电子体系呈现出更强的关联性造成的.而随着二维掺杂浓度提高到50%,关联性降低,体系变成金属性.

1 引言

由于具有较强的电子关联性,过渡金属氧化物经常展现出一些非凡的特性,其晶格、电子和磁性构型与一些引人注目的物理性质存在着紧密的相关性[1].这些特性通常是电子电荷、自旋和轨道自由度与晶格微妙作用的结果[2,3].调控这些参数有可能产生丰富的电学性质,有助于发展出有新特性的功能材料和器件[4,5].比如,掺杂能调控材料内部的多个自由度,如电荷、自旋、轨道占据等,通过掺杂改变d 轨道的填充度能诱导过渡金属氧化物实现金属-绝缘体转变、反铁磁-铁磁转变、普通导体-超导体转变等[1−3,5].这种调控手段和对应的性能已经在传感器、自旋电子器件、存储器等领域得到应用.

电子体系的维度也是影响材……