Figur 1. Tröskel-PEEM-avbildning av 2DEG vid LaAlO3 /SrTiO3 gränssnitt. Kredit:Compuscript Ltd
De senaste åren har LaAlO3 /SrTiO3 gränssnitt har visat sig vara en idealisk värd för tvådimensionell elektrongas (2DEG). Sådana heterostrukturer har tilldragit sig omfattande intressen under de senaste åren på grund av deras olika fascinerande egenskaper såsom hög elektronmobilitet, supraledning och avstämbar spin-omloppskopplingseffekt.
Men den fysiska drivkraften bakom en sådan fancy effekt är fortfarande i skuld. Den vanligaste teorin för 2DEG-bildningen är den så kallade "polära katastrofen"-modellen, där 2DEG tillskrivs den polära diskontinuiteten mellan de två materialen. Ändå nya rapporter om 2DEG på SrTiO3 bar yta avslöjade vikten av syrevakanser i 2DEG-bildningsprocessen, medan defekterna vid det nedgrävda gränssnittet ligger utanför det tillämpliga intervallet för traditionella karaktäriseringsmetoder.
Författarna till denna artikel tar upp en av de mest omdiskuterade gåtorna i SrTiO3 (STO) baserade heterostrukturer:den motstridiga storleken på elektrontätheten för 2DEG i experiment och den så kallade "polära katastrofmodellen". Denna slutsats är baserad på den lokala och tidsupplösta fotoemissionsstudien av syrevakansens inverkan för 2DEG av en STO-baserad heterostruktur.
Mer detaljerat lyckades de kontrollera tätheten hos 2D elektrongasen (2DEG) i LaAlO3 /SrTiO3 gränssnitt genom att generera Ti-Sr-antiplatsdefekter i SrTiO3 lager som skapar lokaliserade nanoregioner i det begravda gränssnittet. Genom att använda tidsupplöst och energiupplöst fotoemissionselektronmikroskopi ger de betydande bevis för att syrevakanser induceras nära dessa polära platser, vilket resulterar i en ökad bärartäthet av 2DEG. Avgörande är att den relativa styrkan hos dessa elektronkällor är direkt kopplad till syrevakanserna vid gränssnittet, vilket ger en unik möjlighet att kontrollera 2DEG för sådana halvledarheterostrukturer. Deras resultat bevisar att elektrontätheten hos 2D-elektrongasen tillskrivs mer än en mekanism som därför avslöjar samexistensen av olika elektronkällor vid LaAlO3 /SrTiO3 gränssnitt.
Sådana upptäckter kommer att lägga grunden för att främja implementeringen av nya elektroniska enheter baserade på SrTiO3 -relaterad 2DEG. I synnerhet kommer designriktlinjerna för att styra elektrontätheten för 2DEG av polära-opolära gränssnitt att sätta scenen för att utforska mer exotiska fenomen av 2DEG i enhetskoncept som supraledning eller magnetism av 2DEG.
Figur 2. Tidsupplöst pump–sondmätning av elektroner inom de två typerna av gränssnittsregioner. Kredit:Compuscript Ltd
