新型金属/半导体接触界面的理论研究开题报告

1. 研究目的与意义

自从高温超导铜氧化物和庞磁电阻锰氧化物被发现以来，人们对多种过渡金属氧化物块材的性质已经有了比较深入的了解，尽管很多现象背后的物理基础仍然存在激烈的争议。随着材料制备技术的突飞猛进，人们开始利用过渡金属氧化物丰富的物性去设计新的氧化物器件。氧化物界面比半导体界面的物理更丰富，晶格、电荷、自旋和(或)轨道的重构可能会导致体材料中所不存在的性质。

近年来，过渡金属氧化物异质结展现出一系列新颖奇异的物理性质，包括庞磁电阻效应，高温超导，半金属性，多铁性等。科学家普遍认为氧化物异质结极有可能在将来取代传统半导体材料。因此，对于复杂过渡金属氧化物表面以及界面的研究，将推动氧化物电子学的发展，引领下一个技术革命的到来。氧化物异质结构所展现出的众多有趣现象中，二维电子气（简称为2DEG）由于潜在的应用前景而备受关注，最典型的代表体系便是LaAlO₃和SrTiO₃两种绝缘材料组成的(001)界面。该界面上的准二维电子气只有在LaAlO₃厚度达到临界值1.6nm(4个LaAlO₃元胞厚度)时才会出现。上述有趣而又新颖的性质，都是在n型界面上发现的，p型界面始终是绝缘性的。该界面处的二维电子气不仅在纳米尺度上具备优良的电子学性质，该体系还可能出现自旋极化，甚至是超导电性。这些都预示着氧化物异质结构在新型功能器件方面的应用前景。

本论文旨在利用第一性原理探求金属电极对LaAlO₃/SrMnO₃体系中的二维电子气性质的影响。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：本论文采用的是密度泛函第一性原理计算， LaAlO₃/SrTiO₃异质结是由非极性界面和极性界面所构成，极性表面的电荷转到非极性表面。那么如果把其中的SrTiO₃换成同样是非极性表面材料的SrMnO₃情况应该会有所不同，因为与SrTiO₃相比，SrMnO₃的Mn离子不仅仅会变价，而且还具有磁性。除了Ti，我们还扩大了研究，各种金属接触，从最简单的金属Al、Na、过渡金属(Fe、Co、Pt)和贵金属(Cu、Ag、 Au)，来研究金属电极对LaAlO₃/SrMnO₃体系中的二维电子气性质的影响。

预期目标：画出SrO、TiO、LaO的晶体结构，用第一性原理计算金属电极对LaAlO₃/SrMnO₃异质结界面处的电子结构的影响，用相应的计算机软件处理计算结果。

3. 研究的方法与步骤

1．查阅文献和书籍，了解第一性原理计算方法。

2．查阅文献和书籍熟悉并掌握srmno₃的晶体结构及其基本性质。

3．设置参数用第一性原理计算金属电极对laalo₃/srmno₃异质结(lao) /(mno₂)⁰和 (alo)₂^-/(sro)⁰界面处的电子结构的影响。

4. 参考文献

[1] m. salluzzo, s. gariglio, x. torrelles, et al.structural and electronic reconstructions at the laalo₃/srtio₃ interface, adv. mater. 25, (2013) 2333-8.

[2] fang hou, t. y. cai, s. ju, m. r. shen,magnetic reconstruction at oxygen-deficient srmno₃ (001) surface: a first-principles investigation, appl. phys. lett. 99,(2011) 192510-192512.

[3] fang hou, t. y. cai, s. ju, m. r. shen,half-metallic ferromagnetism via the interface electronic reconstruction in laalo₃/srmno₃ nanosheet superlattices, acs nano 6, (2012) 8552-8562.

5. 计划与进度安排

1、（2022-11-8～2022-01-10）：师生交流沟通，了解要进行的课题，布置阅读的书籍2、（2022-2-21～2022-3-4）：布置查阅相关文献，并详细阅读。

3、（2022-3-7～2022-3-11）：撰写论文开题报告；

4、（2022-3-14～2022-4-8）：详细阅读相关文献资料，构思论文思路；