SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性

采用金属有机分解法在p型Si衬底上制备了SiTiO3(STO)薄膜.研究了STO薄膜金属-绝缘体-半导体(MIS)结构的介电和界面特性.结果表明,STO薄膜显示出优异的介电性能,在10kHz处的介电常数约为105,损耗低于0.01,这来源于多晶结构和良好的结晶性;MIS结构中的固定电荷密度Nf和界面态密度Dit分别约为1.5×1012cm-2和(1.4-3.5)×1012 cm-2 eV-1,这主要与Si/STO界面处形成的低介电常数界面层有关.     

LaAlO3/SrTiO3异质界面磁场调控的反常金属态

自LaAlO₃/SrTiO₃异质界面发现高迁移率的二维电子气以来,其二维超导电性、界面磁性和自旋轨道耦合等诸多物理性质已经被广泛研究.对于二维超导体,零温下超导-反常金属相变的起源仍然是一个悬而未决的问题.传统理论认为在超导-绝缘量子相变中只存在2种基态,即库珀对的超导基态和绝缘基态.然而在研究超导颗粒膜中超导电性的演化与厚度和温度的关系时发现,存在一个中间金属态破坏了超导体和绝缘体之间的直接过渡.这种中间金属态的标志性特征是,在超导转变温度之下存在饱和的剩余电阻,与之对应的基态称作反常金属态.本文主要对在LaAlO₃/SrTiO₃(001)异质界面磁场诱导的超导-反常金属量子相变进行了系统的研究.在没有外加磁场的情况下,电阻-温度(R-T)曲线和电流-电压(I-V)特性曲线表明样品在超导转变温度之下处于超导态.外加磁场会导致样品在低温下出现饱和电阻、正的巨磁阻和低电流范围内的线性I-V曲线.另外,霍尔电阻在一定的磁场之下会出现零电阻平台,而此时纵向电阻不为零,表现出明显的玻色金属态的特征.研究结果...     

不同组分厚度比的LaMnO3/SrTiO3异质界面电子结构和磁性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了(LaMnO₃)_n/(SrTiO₃)_m(LMO/STO)异质界面的离子弛豫、电子结构和磁性质. 研究表明, 不同组分厚度比及界面类型时, 离子弛豫程度各不相同, 并且界面处的电子性质受此影响较大. 对于n型界面, 当LMO的厚度达到6个单胞层后, 电子会从LMO转移到STO, 转移的电子占据界面层Ti原子的3d电子轨道, 界面处出现二维电子气. 对于n型界面(LMO)_n/(STO)₂, 随着LMO厚度数n的增加, 由离子弛豫造成的结构畸变减小, 而界面处Ti原子周围电子的态密度和自旋极化却增大, 表明高厚度比的n型界面有利于产生高迁移率的二维电子气和自旋极化. 而对于p型(LMO)₂/(STO)₈界面, 在STO一侧基本没有结构畸变, 界面处无电子转移和自旋极化现象. 通过计算平均静电势发现n型和p型界面处的势差大小相差2 eV, 解释了p型界面不容易发生电荷转移的原因.     

异质界面对Ca(Mg1/3Nb2/3)O3/CaTiO3叠层薄膜结构和介电性能的影响

采用异质叠层方式制备出一定厚度的Ca(Mg_1/3Nb_2/3)O₃/CaTiO₃(CMN/CT)叠层薄膜,研究了异质界面对薄膜结构、微观形貌及介电性能的影响及其规律.根据实验测试结果,提出CMN/CT叠层薄膜的模拟等效电路,建立介电常数和介电损耗的理论计算公式.结果表明:CMN/CT异质叠层薄膜具有完全正交钙钛矿结构,结构致密,厚度均匀,薄膜中存在独立的CMN和CT相.异质界面处存在过渡层,随着薄膜中异质界面个数增加,介电常数增大,介电损耗减小.减小界面过渡层的厚度,有利于提高CMN/CT叠层薄膜的介电性能.     

Y掺杂SrTiO3晶体材料的电子结构计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法, 研究了Y掺杂SrTiO₃体系的空间结构和电子结构性质, 得到了优化后体系的结构参数, 掺杂形成能, 能带结构和电子态密度. 对比掺杂浓度为0125, 025, 033时,Sr_1-xY_xTiO₃和SrTi_1-xY_xO₃的掺杂形成能,发现Y替代Sr能形成更稳定的结构. 对Sr_1-xY_xTiO₃（x=0, 0125, 025, 033） 的结构进行了优化,结果表明Y替代Sr后, 随着掺杂浓度增大, 体系的晶格常数逐渐减小, 稳定性逐渐增强. 对不同掺杂浓度的Sr_1-xY_xTiO₃能带结构的计算结果表明：纯净的SrTiO₃是绝缘体, 价带顶在R点, 导带底在Γ点, 费米能级处于价带顶; 掺杂Y后, 费米能级进入到导带底中, 体系呈金属性;掺杂浓度越大,费米能级进入导带的位置越深,禁带宽度也近似变宽. 关键词： 3')" href="#">SrTiO₃ 电子结构 掺杂 VASP     

Structural and physical properties of BiFeO3 thin films epitaxially grown on SrTiO3（001） and polar（111） surfaces

The influence of surface polarity on the structural properties of BiFeO3 （BFO） thin films is investigated. BFO thin films are epitaxially grown on SrTiO3 （STO） （100） and polar （111） surfaces by oxygen plasma-assisted molecular beam epitaxy. It is shown that the crystal structure, surface morphology, and defect states of BFO films grown on STO substrates with nonpolar （001） or polar （111） surfaces perform very differently. BFO/STO （001）is a fully strained tetragonal phase with orientation relationship （001）[100]BFOII（001）[100]STO, while BFO/STO （111） is a rhombohedral phase. BFO/STO （111） has rougher surface morphology and less defect states, which results in reduced leakage current and lower dielectric loss. Moreover, BFO films on both STO （001） and STO （111） are direct band oxides with similar band gaps of 2.65 eV and 2.67 eV, respectively.     

Fe-Ni-BaTiO3复合材料的介电行为及其机理研究

利用金属铁、镍(Fe与Ni保持mol比为22∶78不变)与钛酸钡复合，在保护气氛下成功烧结制备了高介电常数Fe-Ni-BaTiO₃复合陶瓷材料，并研究了该复合材料的电导和介电性能及其物理机理.分析结果表明，由于渗流效应，随着陶瓷中金属含量的增加，材料经历了绝缘体—导体突变.同时，在渗流阈值附近，材料的介电常数有了极大的提高.当金属体积含量为0.23时，即在绝缘体向导体转变的渗流阈值附近，复合材料的介电常数达到了22000，为同条件下制备的纯钛酸钡陶瓷体介电常数的12倍，同时材料的介电 关键词： 3')" href="#">Fe-Ni-BaTiO₃ 渗流理论 介电性能 Maxwell-Wagner效应     

SrTiO3薄膜生长初期Sr，Ti，O原子分子反应机理的理论研究

在激光分子束外延(LMBE)生长SrTiO₃(STO)薄膜过程中,激光闪蒸出的Sr,Ti,O原子的微观反应过程及粒子形态是STO薄膜生长初期形成的关键.采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP 水平上研究了Sr,Ti,O原子在真空中的优先反应过程和形态,计算研究了SrO,TiO₂和STO分子形成的反应机理,获得了相应的中间体和过渡态及反应活化能,并运用前线轨道理论分析了STO分子的形成机理.对比计算了STO分子可能的几何构型,得 关键词： 3薄膜')" href="#">SrTiO₃薄膜 反应机理 活化能     

Improved multiferroic properties of La-doped 0.6BiFeO3—0.4SrTiO3 solid solution ceramics

The 0.6（Bi1-xLax）FeO 3-0.4SrTiO 3（x = 0,0.1） multiferroic ceramics are prepared by a modified Pechini method to study the effect of substitution of SrTiO3 and La in BiFeO3.The X-ray diffraction patterns confirm the single phase characteristics of all the compositions each with a rhombohedral structure.The magnetic properties of the ceramics are significantly improved by a solid solution with SrTiO3 and substitution of La.The values of the dielectric constant ε r and loss tangent tan δ of all the samples decrease with increasing frequency and become constant at room temperature.The La-doped 0.6BiFeO3-0.4SrTiO3 ceramics exhibit improved dielectric and ferroelectric properties,with higher dielectric constant enhanced remnant polarization（Pr） and lower leakage current at room temperature.Compared with a anti-ferromagnetic BiFeO3 compound,the 0.6（Bi0.9La0.1）FeO3-0.4SrTiO3 sample shows the optimal ferromagnetism with remnant magnetization M r ～ 0.135 emμ/g and ferroelectricity with Pr ～ 5.94 μC/cm 2 at room temperature.     

脉冲激光淀积BaTiO3薄膜的介电与铁电特性

用脉冲激光淀积方法在SrTiO₃衬底上制备了BaTiO₃/YBa₂Cu₃O_7-δ（铁电/超导）双层膜，X射线分析表明BaTiO₃薄膜是高度c取向的．对BaTiO₃薄膜的介电和铁电性能进行了实验研究．观察到铁电薄膜特有的电滞线和蝶型C-V曲线，薄膜呈现出较好的铁电性，在铁电随机存储等领域有重要的应用前景 关键词：     

LaAlO_3/SrTiO_3界面增强光伏效应

探索LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)界面产生的新奇物理特性对理解关联电子系统中多自由度耦合和设计功能材料器件具有重要的价值.本文通过脉冲激光沉积方法在SrTiO_3基底上制备了LAO/STO薄膜,研究了正面照射LAO/STO膜面和侧面照射LAO/STO界面时的光伏效应,探讨了LAO/STO界面对光伏效应的影响.研究结果表明,在同样光照能量下侧面照射LAO/STO界面产生的光电压远高于正面照射LAO/STO膜面产生的光电压,说明LAO/STO界面对光伏效应有明显的增强作用.通过偏压调控可以进一步增强照射LAO/STO界面产生的光电压,当偏压为60 V时, LAO/STO样品的位置探测灵敏度达到了36.8 mV/mm.这些研究结果为设计场调控位置敏感探测器等新型光电子器件提供了新的思路.     

光电协同增强的场效应对LaAlO_3/SrTiO_3界面中持续光电导的调控

LaAlO_3/SrTiO_3异质结界面体系具有新奇的二维自由电子气现象、暂态光电导效应、持续光电导效应等丰富的光电性质,是近年来科学界研究的热点之一.本文研究了场效应对LaAlO_3/SrTiO_3界面光电导效应的调控,发现光电协同增强的场效应可以使得LaAlO_3/SrTiO_3界面产生显著的持续光电导效应,进一步研究发现:在光电协同效应的影响下,随着负的背栅门电压的增加,持续光电导的数值增大,在-70 V附近达到极值;随着负的背栅门电压处理时间的增加,持续光电导的数值单调增加.LaAlO_3/SrTiO_3异质结中这种场增强的持续光电导效应可为多参数可调的光电子记忆器件的研发提供参考依据.     

LaAlO3/SrTiO3界面的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合局域密度近似(LDA)研究了钙钛矿结构氧化物LaAlO3/SrTiO3界面的电子结构及光学性质.能带结构分析表明当形成(AlO2)-/(TiO2)0界面时其禁带宽度为1.888 eV,呈现绝缘体的性质,当形成(LaO)+/(SrO)0界面时其禁带宽度为0.021eV,呈现半导体或半金属性质.同时,对不同界面的光学性质也进行了研究,结果表明纯相的LaAlO3和SrTiO3的吸收系数、反射系数及能量损失谱强度明显高于由这两种单质形成不同界面的强度.     

LaAlO3/SrTiO3界面的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合局域密度近似（LDA）研究了钙钛矿结构氧化物LaAlO3 /SrTiO3界面的电子结构及光学性质。能带结构分析表明当形成(AlO2)-/(TiO2)0界面时其禁带宽度为1.888 eV,呈现绝缘体的性质,当形成(LaO)+/(SrO)0界面时其禁带宽度为0.021 eV,呈现半导体或半金属性质。同时,对不同界面的光学性质也进行了研究,结果表明纯相的LaAlO3和SrTiO3的吸收系数、反射系数及能量损失谱强度明显高于由这两种单质形成不同界面的强度。     

掺铌SrTiO_3中的逆自旋霍尔效应

采用磁控溅射法在未掺杂和掺杂的SrTiO_3基片上沉积了NiFe薄膜,通过翻转测试法分离出掺杂样品中的自旋整流电压和逆自旋霍尔电压.研究结果表明:在未掺杂的SrTiO_3基片中,翻转前后测试的电压曲线基本一致,为NiFe薄膜自旋整流效应产生的电压.对于掺Nb浓度x为0.028, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2的SrTiO_3基片,分离出的逆自旋霍尔电压随掺杂浓度增加而减小,在掺杂浓度为0.15和0.2的样品中没有探测到明显的逆自旋霍尔电压.本文的结果表明,在SrTiO_3中掺入强自旋轨道耦合的杂质,通过掺杂浓度可以实现对SrTiO_3中逆自旋霍尔效应的调控,这类可调控的自旋相关研究为自旋电子器件的研究和开发提供了更多的可能性,具有很大的潜在应用价值.     

Effect of polar distortion on electronic structures of (001) LaGaO3/SrTiO3 interface

First-principles calculations of electronic structures of (001) epitaxial LaGaO₃/SrTiO₃ heterostructures were performed in the framework of density functional theory. The effects of atomic relaxation on electronic characteristics of both n-type (LaO)⁺/(TiO₂)⁰ and p-type (GaO₂)⁻/(SrO)⁰ interfaces are investigated. It is found that the n-type interface remains metallic, whereas the p-type interface becomes insulating after atomic relaxation. Polar distortion in the LaGaO₃ layers associated with the atomic relaxation strongly screens the intrinsic electric field induced by periodically stacking (LaO)⁺ and (GaO₂)⁻ charged atomic layers on SrTiO₃ with charge neutral (001) atomic layers. This relieves the trend to a polar catastrophe and reduces the carrier charge density on the interface.     

On the Hebb–Wagner polarisation of SrTiO3 doped with redox-active ions

Hebb–Wagner polarisation is analysed for the case that internal redox-reactions complicate the situation. In the general case current–voltage characteristics deviate significantly from the Hebb–Wagner equation. Analytical results are derived and relevant approximations given. Theoretical and experimental current–voltage relations obtained for a 2.15×10¹⁸ cm⁻³ Fe-doped SrTiO₃ single crystal at P_O2=10⁵ Pa, agree reasonably well, and the results of the partial conductivities match findings obtained from other experiments. In addition, the fact is emphasised that a Hebb–Wagner-type current–voltage relation only requires the fulfilment of a power law for the non-blocked carrier concentrations with respect to the component partial pressure and not a field-free situation. In this case the Faraday constant appearing in the Hebb–Wagner equation has to be replaced by F, where is the product of the number of electrons necessary to ionise the gaseous component (n) times the absolute characteristic exponent (|N|). The condition of zero field, i.e. negligible chemical potential gradient with respect to the non-blocked species is identical to |N|=1/n. If |N|=const≠1/n, the internal field is non-zero but is still proportional to the gradient of the component potential.