Electronic structure and many-body effects in interfaces of oxide heterostructures

氧化物异质结构界面的电子结构和多体效应

基本信息

项目摘要

Transcending the capabilities of their conventional semiconductor counterparts, oxide interfaces provide the unique opportunity to control, enhance, and create functionalities such as superconductivity, magnetism, metal-insulator transitions, or topological phases. Striking examples are the correlated interface electron systems that form in the oxide heterostructures LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO) and LaVO3/SrTiO3 (LVO/STO) beyond a critical film thickness. This project is devoted to the fabrication of such hybrid systems by pulsed laser deposition and the study of their chemical and electronic interface structure by high-energy spectroscopies as well as scanning probe methods. Important questions to be addressed comprise the mapping of ferromagnetic and non-magnetic metallic patches at the LAO/STO interface using the contrast from x-ray magnetic circular dichroism in a scanning x-ray microscope and the in situ investigation of gating effects. Resonant techniques and cross-sectional scanning tunneling spectroscopy will be employed to directly probe the interface states, in particular the band-filling controlled Mott transition in LVO/STO. Another focus will be on the possibility to tune the dimensionality and hence the correlations of the two-dimensional electron system using vicinal substrates. Varying the LAO thickness and the STO miscut angle, a dimensional crossover has been predicted resulting in one-dimensional chains. We will systematically explore the relevant parameter space employing scanning tunneling microscopy and spectroscopy as well as angle-resolved photoelectron spectroscopy. This topic will be complemented by the investigation of reduced titanate nanowires which can be stabilized on bare STO surfaces. A last aspect concerns the creation of novel phases by design as has been highlighted lately for perovskite or perovskite-type high-Z metal oxide bilayers with (111)-orientation. In the presence of a large spin-orbit coupling topological insulators may result if the band topology is adjusted properly by applying an electric field or by sandwiching the bilayer between different substrates.
氧化物界面超越了传统半导体对应物的能力,为控制,增强和创造功能性提供了独特的机会,例如超导性,磁性,金属绝缘体过渡或拓扑阶段。引人注目的例子是在氧化物异质结构中形成的相关界面电子系统LAALO3/SRTIO3(LAO/STO)和LAVO3/SRTIO3(LVO/STO),超出了关键的膜厚度。该项目用于通过脉冲激光沉积来制造此类混合系统,并通过高能量光谱以及扫描探针方法研究其化学和电子界面结构。要解决的重要问题包括在老挝/sto界面上使用X射线磁性圆形二色性的对比度在LAO/STO界面上的铁磁和非磁性金属斑块的映射,并在扫描X射线显微镜和原位调查中对对比度进行了鲜明的对比。将采用谐振技术和横截面扫描隧道光谱,以直接探测界面状态,特别是在LVO/Sto中的带填充的受控Mott Transition。另一个重点是调整维度的可能性,并因此使用情况基板的二维电子系统的相关性。改变了老挝厚度和Sto误会角度,已经预测了尺寸的交叉,从而导致一维链。我们将系统地探索采用扫描隧道显微镜和光谱以及角度分辨光电子光谱的相关参数空间。调查减少的钛纳米线可以稳定在裸露的表面上,这将补充该主题。最后一个方面涉及通过设计创建新型阶段的新阶段,最近对钙钛矿或钙钛矿型高Z金属氧化金属双层具有(111) - 取向。在存在大型自旋轨道耦合拓扑绝缘子的情况下,如果通过施加电场或将双层夹在不同底物之间的双层来适当地调节谱带,则可能会产生。

项目成果

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专利数量(0)
Fe3O4/ZnO: A high-quality magnetic oxide-semiconductor heterostructure by reactive deposition
  • DOI:
    10.1063/1.3540653
  • 发表时间:
    2011-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    M. Paul;D. Kufer-;A. Müller;S. Brück;E. Goering;M. Kamp;J. Verbeeck;H. Tian;G. V. Tendeloo;N. Ingle;M. Sing;R. Claessen
  • 通讯作者:
    M. Paul;D. Kufer-;A. Müller;S. Brück;E. Goering;M. Kamp;J. Verbeeck;H. Tian;G. V. Tendeloo;N. Ingle;M. Sing;R. Claessen
Dimensionality-Driven Metal-Insulator Transition in Spin-Orbit-Coupled SrIrO_{3}.
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.119.256404
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    P. Schütz;D. D. Sante-D.;L. Dudy;J. Gabel;M. Stübinger;Martin Kamp;Yue-Wern Huang;Massimo Capone-
  • 通讯作者:
    P. Schütz;D. D. Sante-D.;L. Dudy;J. Gabel;M. Stübinger;Martin Kamp;Yue-Wern Huang;Massimo Capone-
Dimensionality-tuned electronic structure of nickelate superlattices explored by soft-x-ray angle-resolved photoelectron spectroscopy
  • DOI:
    10.1103/physrevb.92.125130
  • 发表时间:
    2015-09-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Berner, G.;Sing, M.;Claessen, R.
  • 通讯作者:
    Claessen, R.
Microscopic origin of the mobility enhancement at a spinel/perovskite oxide heterointerface revealed by photoemission spectroscopy
光电子能谱揭示尖晶石/钙钛矿氧化物异质界面迁移率增强的微观起源
  • DOI:
    10.1103/physrevb.96.161409
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    P. Schütz;D.V. Christensen;V. Borisov;F. Pfaff;P. Scheiderer;L. Dudy;M. Zapf;J. Gabel;Y.Z. Chen;N. Pryds;V. Rogalev;V. Strocov;C. Schlueter;T.-L. Lee;V. Borisov;H.O. Jeschke;R. Valentí;M. Sing;R. Claessen
  • 通讯作者:
    R. Claessen
LaAlO3/SrTiO3 oxide heterostructures studied by resonant inelastic x-ray scattering
  • DOI:
    10.1103/physrevb.82.241405
  • 发表时间:
    2010-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    G. Berner;S. Glawion;J. Walde;F. Pfaff;H. Hollmark;L. Duda;S. Paetel;C. Richter;J. Mannhart;M. Sing;R. Claessen
  • 通讯作者:
    G. Berner;S. Glawion;J. Walde;F. Pfaff;H. Hollmark;L. Duda;S. Paetel;C. Richter;J. Mannhart;M. Sing;R. Claessen
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知道了