LaAlO3/SrTiO3界面二维电子气的光电响应开题报告

1. 研究目的与意义

二维电子气（2deg）是由fowler、fang、howard和stiles四人在1966年的第八次国际半导体会议上首先提出的。研究的内容是在一个二维平面内能自由运动,而在垂直于该平面方向的运动是受约束的物理系统中各种独特的电子性质。

自2004年在laalo₃/srtio₃（lao/sto）（100）面发现高迁移率二维电子（2deg）以来，sto基异质结界面的2deg具有引起了广泛的关注。人们普遍认识到sto衬底中的氧空位、lao层和sto衬底之间的极性不连续和界面处阳离子的混合对绝缘氧化物界面上形成的2deg起着至关重要的作用。除了新的物理特性，如超导电性、铁磁性、磁电电阻、电阻开关等，氧化物2deg在室温下表现出较大的光电导。最近，人们注意到lao/sto界面的2deg也可以通过电场、应变、掺杂等途径来调控。

极性lao与非极性sto层之间的界面表现出各种新奇的电学特性和磁学特性，这是由于电荷、自旋和轨道自由度在这些复杂氧化物之间的界面上的强烈相互作用而产生的。到目前为止，所有这些新颖的性质都与lao层的极性界面相关的。为了弄清楚abo₃极性层的作用，研究者们研究了极性/非极性氧化物（ndalo₃/sto、pralo₃/sto和ndgao₃/sto）界面的各种组合，发现它们的性质与lao/sto界面相似。这些新的异质结也可以在它们的界面上产生2deg，这些结果证实了电子重建可能是这些氧化物界面上产生2deg的根本原因。此外，研究证实，这些界面的电学性质主要由界面应变和极化层阳离子的种类所决定。

2. 研究内容和预期目标

本论文的主要研究内容：

1. 利用激光分子束外延技术在衬底sto (100)制备出lao薄膜，形成lao/sto（100）异质结。

2. 利用原子力显微镜观察薄膜的表面形貌。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：采用激光分子束外延法生长法在衬底sto制备lao薄膜，采用标准四探针法研究lao/sto（100）异质结界面在有光和无光条件下的电输运特性,并研究观测不同波长的激光以及补氧的多少对薄膜特性的影响。

步骤：

1. 首先利用激光分子束外延技术在衬底sto（100）制备出lao薄膜，形成lao/sto（100）异质结。

4. 参考文献

[1] n. reyren, s. thiel, a. d. caviglia, l. f. kourkoutis, g. hammerl, c. richter, c. w. schneider, t. kopp, a. rüetschi, d. jaccard, superconducting interfaces between insulating oxides, science, 317 (2007) 1196.

[2] d. a. dikin, m. mehta, c. w. bark, c. m. folkman, c. b. eom, v. chandrasekhar, coexistence of superconductivity and ferromagnetism in two dimensions, phys. rev. lett., 107 (2011)56802.

[3] m. diez, a. monteiro, g. mattoni, e. cobanera, t. hyart, e. mulazimoglu, n. bovenzi, c. beenakker, a. d. caviglia, giant negative magnetoresistance driven by spin-orbit coupling at the laalo₃/srtio₃interface, phys. rev. lett., 115 (2015) 16803.

[4] z. gao, x. huang, p. li, l. wang, l. wei, w. zhang, h. guo, reversible resistance switching of 2d electron gas at laalo₃/srtio₃heterointerface, adv. mater. interfaces, 5 (2018) 1701565.

5. 计划与进度安排

1-1周(2月24日-3月1日) 下发毕业论文任务书

1-2周(2月24日-3月8日) 学生完成开题报告

3-14周(3月9日-5月31日) 毕业论文写作：学生按开题报告撰写毕业论文