LaMnO3氧化物異質界面電子結構和磁性的研究.pdf

1、近年來，隨著先進的外延薄膜生長技術的發(fā)展，在實驗研究上，利用分子束外延和脈沖激光沉積技術，可以制備出具有原子級平整的薄膜結構，過渡金屬氧化物界面得到了廣泛的研究。眾所周知，鈣鈦礦型過渡金屬氧化物本身具有許多有趣的物理性質，如高溫超導性、鐵電鐵磁性、電荷軌道自旋有序、La1-xSrxMnO3的巨磁阻效應，當兩種不同的鈣鈦礦氧化物材料組成異質界面時，界面處的結構對稱性被打破，電子之間的關聯(lián)效應增強，體系中就可能會發(fā)生氧八面體結構的畸變、電荷

2、轉移、自旋極化、軌道重構等現(xiàn)象，從而在界面處獲得不同于單獨塊體材料所具有的新奇量子態(tài)，氧化物界面具有的潛在應用前景使其成為現(xiàn)代電子信息材料的研究熱點。在基于LaMnO3的異質結中，Mn離子3d電子占據(jù)數(shù)目是3-4個，電子占據(jù)在多個軌道上，界面磁構型復雜。鈣鈦礦型氧化物沿(001)或(111)方向生長可以產(chǎn)生不同類型的極性原子層，滿足化學計量比的異質結界面會發(fā)生極性不連續(xù)，電荷的轉移能夠有望在錳基氧化物異質界面處獲得高度自旋極化的二維電子

3、氣。
　　本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，研究了幾種鈣鈦礦型氧化物界面的電子結構和磁性質，主要的結果如下:
　　一、我們研究了過渡金屬氧化物(LaMnO3)n/(SrTiO3)m異質界面的離子弛豫、電子結構和磁性質。研究表明，不同的組分厚度比及不同界面構型，離子的弛豫程度各不相同，界面處的電子性質受此影響大。對于n型界面，當LaMnO3的厚度達到6個單胞層后，電子會從LaMnO3轉移到SrTiO3，轉移的電子占

4、據(jù)界面層Ti原子的3d電子軌道，界面處出現(xiàn)二維電子氣。對于n型界面(LaMnO3)n/(S rTiO3)2，隨著LaMnO3厚度數(shù)的增加，由離子弛豫造成的結構畸變減小，而界面處Ti原子周圍電子的態(tài)密度和自旋極化卻增大，這表明高厚度比的n型界面有利于產(chǎn)生高遷移率的二維電子氣和自旋極化。而對于p型(LaMnO3)2/(SrTiO3)8界面，在SrTiO3一側基本沒有結構畸變，界面處無電子轉移和自旋極化現(xiàn)象。通過計算平均靜電勢發(fā)現(xiàn)n型和p型界

5、面處的勢差大小相差2eV,解釋了p型界面不容易發(fā)生電荷轉移的原因。
　　二、我們研究了(001)和(111)方向(LaMnO3)m/(LaNiO3)n界面體系的電子、磁結構性質。計算結果表明，對于(001)方向生長的(LaO)+/(NiO2)-界面以及(111)方向生長的(LaO3)3-/(Ni)3+界面，界面層的磁序都轉變成了鐵磁性耦合，不同于LaMnO3的反鐵磁性和LaN iO3的順磁性，兩種方向生長的異質界面都有電子從LaM