Defekt dynamik ved den begravede grænseflade afsløret ved fotoemissionselektronmikroskopi

I de seneste år har LaAlO₃ /SrTiO₃ grænsefladen viser sig at være en ideel vært for todimensionel elektrongas (2DEG). Sådanne heterostrukturer har tiltrukket sig omfattende interesser i de senere år på grund af deres forskellige fascinerende egenskaber såsom høj elektronmobilitet, superledningsevne og tunable spin-orbit koblingseffekt.

Den drivende fysiske mekanisme bag en sådan fancy effekt er dog stadig i gæld. Den mest almindelige teori for 2DEG-dannelsen er den såkaldte "polære katastrofe"-model, hvor 2DEG tilskrives den polære diskontinuitet mellem de to materialer. Alligevel er de seneste rapporter om 2DEG om SrTiO₃ nøgne overflade afslørede vigtigheden af ​​ilt ledige pladser i 2DEG-dannelsesprocessen, mens disse defekter ved den begravede grænseflade ligger uden for det anvendelige udvalg af traditionelle karakteriseringsmetoder.

Forfatterne af denne artikel adresserer en af ​​de mest omdiskuterede gåder i SrTiO₃ (STO) baserede heterostrukturer:den modstridende størrelse af elektrontætheden af ​​2DEG i eksperimenter og den såkaldte "polære katastrofe"-model. Denne konklusion er baseret på den lokale og tidsopløste fotoemissionsundersøgelse af iltvakansens indflydelse for 2DEG af en STO-baseret heterostruktur.

Mere detaljeret lykkedes det dem at kontrollere tætheden af ​​2D elektrongassen (2DEG) af LaAlO₃ /SrTiO₃ grænseflade ved at generere Ti-Sr anti-site defekter i SrTiO₃ lag, der skaber lokaliserede nano-regioner i den nedgravede grænseflade. Ved at bruge tidsopløst og energiopløst fotoemissionselektronmikroskopi giver de væsentlige beviser for, at ilttomgange induceres nær disse polære steder, hvilket resulterer i en øget bærertæthed på 2DEG. Det er afgørende, at den relative styrke af disse elektronkilder er direkte forbundet med de ilt ledige pladser ved grænsefladen, hvilket giver en unik mulighed for at kontrollere 2DEG af sådanne halvlederheterostrukturer. Deres resultater beviser, at elektrontætheden af ​​2D elektrongassen tilskrives mere end én mekanisme, som derfor afslører sameksistensen af ​​forskellige elektronkilder ved LaAlO₃ /SrTiO₃ grænseflade.

Sådanne fund vil lægge grundlaget for at fremme implementeringen af ​​nye elektroniske enheder baseret på SrTiO₃ -relateret 2DEG. Især vil designretningslinjerne til at kontrollere elektrontætheden af ​​2DEGs af polære-ikke-polære grænseflader sætte scenen for at udforske mere eksotiske fænomener af 2DEG i enhedskoncepter såsom superledning eller magnetisme af 2DEG.

Ny 2D-superleder dannes ved højere temperaturer end nogensinde før