导读:本文包含了二维电子气论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:电子,效应,量子,约瑟夫,薄膜,霍尔,半导体。
二维电子气论文文献综述
马嵩松,舒天宇,朱家旗,李锴,吴惠桢[1]（2019）在《Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究进展》一文中研究指出半导体异质结在探索新奇物理和发展器件应用等方面一直发挥着不可替代的作用.得益于其特有的能带性质,相对较窄的带隙和足够大的自旋轨道耦合相互作用,Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结不仅在红外器件应用方面具有重要的研究价值,而且在拓扑绝缘体和自旋电子学等前沿领域引起了广泛的关注.尤为重要的是,在以CdTe/PbTe为代表的Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结界面上发现了高浓度、高迁移率的二维电子气.该电子气的形成归因于Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结独特的扭转界面.进一步的研究表明,该二维电子气体系不仅对红外辐射有明显响应,而且它还表现出狄拉克费米子的性质.本文系统综述了近年来Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究取得的主要进展.首先对Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结扭转界面二维电子气的形成机理进行了介绍;然后讨论该二维电子气在低温强磁场下的输运性质,并分析了它的拓扑性质以及在自旋器件方面的应用前景;最后,展示了基于该二维电子气研制的中红外光电探测器.(本文来源于《物理学报》期刊2019年16期）
张瑜[2]（2019）在《氧化物异质结界面二维电子气的电性和磁性研究》一文中研究指出原子级别精确控制氧化物薄膜的层状生长为设计具有新奇物理现象的人工微结构创造了机遇。两种绝缘体氧化物异质结界面存在具有高迁移率的二维电子气(Two-dimensional electron gas,2DEG),例如LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)。利用尖晶石γ-Al_2O_3或者非晶氧化物等替换钙钛矿LAO时,仍然能够获得2DEG。此外,研究发现这类氧化物2DEG表现出有别于块材的诸多性质,例如超导性、铁磁性、自旋轨道相互作用、量子霍尔效应等,得到了科研工作者的广泛关注,为实现新一代全氧化物电子器件提供了可能。在本博士论文中,通过利用脉冲激光沉积技术成功地制备了高质量的氧化物薄膜和具有高迁移率的氧化物异质结界面2DEG。通过变化衬底表面的Ti-O结构、引入磁性掺杂技术、以及施加外电场等方式对界面2DEG的输运性质和磁学性质等进行了有效地调控。获得的主要成果如下:1.经典体系LAO/STO异质结界面的2DEG不具有自旋极化的特性,限制了氧化物2DEG在自旋电子器件中的应用。在本论文中,通过向LAO/STO界面插入一个单胞层厚度的铁磁性绝缘体BaFeO_3(BFO)薄膜制备具有高迁移率的自旋极化的2DEG。相对于LAO/STO异质结,LaAlO_3/BaFeO_3/SrTiO_3(LAO/BFO/STO)异质结界面2DEG的载流子浓度较低,表现为单种载流子导电,同时具有较高的迁移率。当温度低于10K时,该2DEG表现出反常霍尔效应,说明为铁磁有序。通过超导量子干涉仪和X射线磁圆二色性谱测试验证了异质结中BFO缓冲层的铁磁性以及由于磁性临界效应导致的2DEG的铁磁性。除此之外,通过向STO衬底背面施加电场成功地调控了界面2DEG的物理性质,例如Kondo效应、Rashba自旋轨道耦合以及反常霍尔效应等。2.异质结界面2DEG的形成机制始终是氧化物电子学中的一个研究课题。在异质结的制备过程中,界面发生的氧化还原反应可以导致2DEG的形成,其中的一个经典体系为amorphous-LAO/STO(a-LAO/STO)异质结。在本论文中,通过利用Ti-O键角不同的金红石相单晶TiO_2[rutile,TiO_2(R)]和锐钛矿相单晶TiO_2[anatase,TiO_2(A)]替换a-LAO/STO异质结中以TiO_2为终止层的STO衬底,实现a-LAO/TiO_2界面2DEG的调控。首先,在本论文中成功地制备出a-LAO/TiO_2(R)和a-LAO/TiO_2(A)异质结,并在界面处获得了 2DEG。其次,输运测试发现a-LAO/TiO_2(R)和a-LAO/TiO_2(A)界面2DEG的输运性质明显有别于a-LAO/STO界面。最后,结合x射线光电子能谱测试和输运性质的研究,总结出a-LAO/TiO_2(R)和a-LAO/TiO_2(A)界面的2DEG来源于衬底表面的氧空位,衬底中Ti-O键角的大小会影响氧空位迁移时所需的激活能,导致界面处2DEG的输运性质有差别。3.在γ-Al_2O_3/STO异质结的基础上,本论文中首次利用带有磁性元素的新型尖晶石MAl_2O_4(M=Fe,Co,Ni)薄膜替换γ-Al_2O_3制备出MAl_2O_4/STO异质结。首先,叁种MA1_2O_4薄膜都表现出一直可以持续到室温的铁磁性。其次,就输运性质而言,CoAl_2O_4/STO和NiAl_2O_4/STO两个界面都表现出很好的导电性,2DEG的迁移率约为3×10~4 cm~(-2)V~(-1)S~(-1),与相同环境下制备的γ-Al_2O_3/STO界面相当。相反,FeAl_2O_4/STO界面绝缘。此外,当温度低于30 K时,CoAl_2O_4/STO和NiAl_2O_4/STO界面均表现出反常霍尔效应,该反常霍尔效应来自于铁磁性薄膜MAl_2O_4诱导产生的磁性临界效应。然而,相同条件下制备的γ-A1203/STO界面在温度低于5 K时表现出与氧空位相关的反常霍尔效应。4.掺杂作为半导体工业中的关键工具,可以应用到氧化物异质结中。在本论文中,基于γ-Al_2O_3的结构特征首次提出分数掺杂的概念。每个γ-Al_2O_3单胞由四个电中性子层构成,用非磁性材料ZnO或磁性材料Fe3O4替代γ-A1203/STO中每个γ-Al_2O_3单胞中的一个子层来实现分数掺杂,通过调节掺杂层与STO表面间的距离可以调控界面的输运性质。除此之外,被分数掺杂的γ-Al_2O_3/STO异质结界面在温度低于20K时表现出反常霍尔效应。经过研究发现,被ZnO分数掺杂的异质结界面的反常霍尔效应与γ-Al_2O_3/STO界面的起源相同,来自于STO表面产生的氧空位。然而,被Fe_3O_4分数掺杂的γ-Al_2O_3/STO界面的反常霍尔效应来源于磁性Fe_3O_4层与界面2DEG之间的交换相互作用。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2019-06-01）
张洪瑞[3]（2019）在《氧化物界面自旋极化二维电子气》一文中研究指出氧化物LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)界面二维电子气自发现以来引起了人们广泛关注。在这个体系中发现了大量新奇的物理现象,如电场可调的Rashba型自旋-轨道耦合、巨热电效应、界面超导电性以及高效的电荷流和自旋流之间的相互转化等。传统半导体GaAs基的二维电子气是s、p电子导电。与其相比,氧化物二维电子气最大的特点是d电子导电。由于强电子关联,人们预期d电子二维电子气将呈现磁相关效应。研究人员尝试用各种手段证明LAO/STO界面存在磁性,但到目前为止都只能观察到具有磁性的迹象。特别地,磁输运行为中的磁滞后行为鲜有报道。因此,如何得到自旋极化的二维电子气是目前氧化物二维电子气的核心问题。本论文通过合理的材料设计,成功地在绝缘的氧化物界面获得了自旋极化的二维电子气,为相关氧化物自旋电子学的进一步发展奠定了基础。本文的主要研究内容和结论包括:1.通过在LAO/STO界面中间插入不同厚度的La_(1/8)Sr_(7/8)MnO_3(LSMO)薄膜,利用界面Mn离子的扩散,在LAO/STO体系中获得了自旋极化的二维电子气。当LSMO薄膜的厚度在1 nm以下时,界面呈现金属导电性。在LSMO厚度是1nm的样品中,发现了反常霍尔效应,其温度可以达到30 K,并且可以保持高迁移率。进一步研究发现,外加电场可以调控反常霍尔效应和高导电性。界面的快载流子在磁输运过程中起到决定性作用。当快载流子浓度超过7×10~(12) cm~(-2)时,反常霍尔效应出现,反常霍尔电阻随着快载流子浓度的增加而增加;当快载流子浓度远小于7×10~(12) cm~(-2)时,近藤效应逐渐出现。通过对负磁电阻的分析,确定界面存在磁性散射。其磁性可能来源于扩散到界面导电SrTiO_3(STO)中的Mn离子。2.利用超顺磁的Fe掺杂STO衬底,取代LAO/STO中的STO得到了高居里温度的自旋极化二维电子气。界面呈现金属导电性,在低温下观察到了近藤效应,且近藤效应不随生长氧气压变化,证明Fe掺杂引起了近藤效应。此外,在这个界面上发现了反常霍尔效应。在10~-66 mbar氧压下生长的样品反常霍尔效应可以持续到室温。随着载流子浓度的增加,居里温度和反常霍尔电阻增加。界面发现了负磁电阻,可以用Khosla和Fischer提出的经验公式完美拟合。证明此界面是稀磁二维电子气,其产生磁性的原因是局域磁矩与巡游电子之间相互作用。3.在铁磁绝缘体EuO和5d过渡金属氧化物KTaO_3界面发现了自旋极化的二维电子气,且二维电子气具备高导电性。控制生长温度可以调节界面载流子浓度,温度越高载流子浓度越大。在2 K温度下最高的迁移率达到111.6 cm~2/Vs。通过磁电阻测量发现了具有明显磁滞后的磁电阻效应。磁滞后是铁磁有序的强有力的证据。霍尔效应测试发现其存在反常霍尔效应且同样具有磁滞后行为,温度可以到达70 K。理论计算表明其磁性来源于Eu的d电子与Ta的d电子相互作用,使Ta的d电子自旋极化。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2019-06-01）
Tahira[4]（2019）在《旋转镀膜化学法制备氧化物界面二维电子气》一文中研究指出LaAlO_3(LAO)和SrTiO_3(STO)界面可以存在二维电子气,且表现出丰富的物理效应,如铁磁性、超导电性、可调的Rashba自旋轨道耦合和高效的自旋流-电荷流转换,因此引起了广泛关注,是有希望的下一代自旋电子学器件的备选材料。硅和Ⅲ-Ⅴ主族基半导体的电学特性取决于p轨道和自由电子。过渡金属氧化物的电学特性决定于关联电子特性以及过渡金属d轨道与氧原子p轨道之间的杂化,因此过渡金属氧化物展现出新奇物性,在未来微电子学和自旋电子学应用中占有特殊的地位。LAO/STO界面一般通过脉冲激光沉积的方法来制备。本论文中,我们将首先介绍用化学旋涂法制备二维电子气,然后研究缓冲层和LAO中Al晶位过渡金属替代对二维电子气产生的影响。论文的主要成果如下:1.利用化学旋涂法在(001)、(011)、(111)取向的LAO/STO界面获得了高迁移率的二维电子气。脉冲激光沉积技术在沉积过程中会对界面产生轰击,而化学旋涂法相对温和。通过对X射线衍射谱和X射线反射谱的分析,发现LAO薄膜是外延生长在STO衬底上,(001)、(011)、(111)取向的样品厚度分别是15 nm、20 nm、26nm。磁电阻输运测量结果表明,从室温到2K,界面表现出金属行为和线性霍尔电阻。(001)、(011)、(111)LAO/STO界面的迁移率在2K温度时,分别为~28000cm~2/Vs,~22000 cm~2/Vs和~8300 cm~2/Vs。证明该技术适于制备高迁移率二维电子气。2.利用超薄La_(2/3)Sr_(1/3)MnO_3(LSMO)薄膜作为缓冲层,在有缓冲层的(001)STO衬底上旋涂一层LAO层制备二维电子气。当缓冲层厚度小于3 uc时,可得到高迁移率的二维电子气。与0、1、2 uc的缓冲层厚度对应,二维电子气在2K时的霍尔迁移率分别为~24000 cm~2/Vs、~28000 cm~2/Vs、~59600 cm~2/Vs,后一结果为氧化物二维电子气体系迁移率的新记录。相比之下,缓冲层厚度为3uc的二维电子气界面的迁移率相对较低(2K时约为3000 cm~2/Vs)。在20K温度以下,观察到反常霍尔效应,这预示着界面存在长程的铁磁有序。3.通过化学旋涂法,制备了Co掺杂LAO与STO界面形成的二维电子气。实验结果表明,与LAO/STO界面相比,在LaAl_(1-x)Co_xO_3(x=0.1,0.3)/STO(001)界面上获得二维电子气体需要更短的真空退火时间。在x=0.1和0.3样品的XPS图谱中观察到显的Co的2p峰,确定Co确实存在于覆盖层中。二维电子气界面表现出铁磁行为,当x=0.1时,铁磁温度小于30K;当x=0.3时,铁磁温度小于50K。此外,在2K温度下,x=0.1时,载流子浓度为4.49×10~(13) cm~(-2)霍尔迁移率为73.4 cm~2/Vs;当x=0.3时,载流子浓度为2.39×10~133 cm~(-2),霍尔迁移率为147.3 cm~2/Vs。这项工作揭示了化学方法获得自旋极化的Co掺杂LAO/STO二维电子气的潜力。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2019-06-01）
罗筱璇[5]（2019）在《基于二维电子气的约瑟夫森结热传导》一文中研究指出近几年来,基于二维约瑟夫森结的热传导由于其广泛的应用前景引起了不少科研工作者的关注。由于约瑟夫森结产生的热流是结两侧超导电极相位差的周期函数,因此可通过巧妙地调节与超导相位差相关的参数达到控制热流大小及热流调节灵敏度的目的。与此同时,二维电子气(2DEG,two-dimensional electron gas)因其独特的物理性质而成为材料研究的热点之一。因此,在本文中我们以2DEG为中间材料,左右两侧分别附加以超导体(S,superconductor)作为电极,构成了基于2DEG的约瑟夫森结(S-2DEG-S),进而利用单粒子散射矩阵理论对该结的热传导进行了深入研究。除此以外,我们还以该结为基础提出了一种温度调节器,并分析了影响该装置进行温度调节的因素。本文的主要研究结果如下:一、对S-2DEG-S约瑟夫森结热传导过程产生影响的因素有材料相互作用参数h0和自定义参数|λR/βR-λL/βL|,其中,h0与材料掺杂浓度相关,它表征准粒子与材料中杂质的相互作用强度,λ,β则分别为Rashba与Dresselhaus自旋轨道耦合参数,下角标L及R分别代表左右两侧超导电极。当h0取值为(?)(其中,μ为化学势,△为超导能隙)或其附近,参数|λR/βR-λL/βL|数值较大时,该结不仅可产生数值较大的热流且能够灵敏地调节这一热流。、以上述S-2DEG-S约瑟夫森结为基础构成的温度调节器,具有与该结类似的性质,即当h0与|λR/βR-λL/βL|取恰当的数值时,便具备较灵敏的温度调节行为并可使得一侧超导体产生较高的温度。叁、根据以上研究结果可选择适度掺杂的2DEG材料和超导体构成可灵敏调控温度变化的高效率温度调节器。(本文来源于《东北师范大学》期刊2019-05-01）
王宇鹏[6]（2019）在《与二维电子气耦合的双量子点中的自旋极化输运》一文中研究指出研究磁场作用下与左右两个二维电子气耦合的双量子点系统中的自旋极化输运过程.结果发现当两个量子点靠近时,电导中会出现Dicke效应导致的不对称尖峰.随着量子点间的距离增大,Dicke尖峰变宽并向低能级方向移动.当磁场只施加在二维电子气中时,量子点中的电导是自旋无极化的;但是当量子点的能级发生塞曼分裂时,电导中自旋朝上和朝下电导的尖峰在能量空间向相反方向移动,但保持大小不变.计算结果还发现两个量子点能级的差会在电导的Dicke尖峰附近产生额外的谷,并降低尖峰的高度.所研究的结构有望用于自旋过滤或分离装置.(本文来源于《渤海大学学报(自然科学版)》期刊2019年01期）
崔晓然,吕红亮,李金伦,苏向斌,徐应强[7]（2018）在《GaAs基InAs/AlSb二维电子气结构的生长优化（英文）》一文中研究指出采用分子束外延设备(MBE),外延生长了InAs/AlSb二维电子气结构样品.样品制备过程中,通过优化AlGaSb缓冲层厚度和InAs/AlSb界面厚度、改变AlSb隔离层厚度,分别对比了材料二维电子气特性的变化,并在隔离层厚度为5nm时,获得了室温电子迁移率为20500cm~2/V·s,面电荷密度为2.0×1012/cm~2的InAs/AlSb二维电子气结构样品,为InAs/AlSb高电子迁移率晶体管的研究和制备提供了参考依据.(本文来源于《红外与毫米波学报》期刊2018年04期）
李春芝,苏日娜,菅阳阳[8]（2018）在《基底对载能粒子与二维平面电子气作用的影响》一文中研究指出采用线性化量子流体动力学模型,研究了载能粒子在二维电子气平面与半无限大绝缘基底之间运动时的静电激发现象.与Poisson方程相结合,在恰当的边界条件下推导出粒子平行于电子气平面运动时的感应电子气密度、阻止力和侧向力的一般表达式.结果表明,基底的介电常数和电子气平面与基底间的距离对感应电子气密度的扰动波长、入射粒子所受的阻止力和侧向力有较大影响,尤其当速度较大时对两个力影响十分明显.(本文来源于《内蒙古民族大学学报(自然科学版)》期刊2018年04期）
张雪静[9]（2018）在《钙钛矿氧化物表面与界面处二维电子气的第一性原理研究》一文中研究指出在LaAlO_3(LAO)和SrTiO_3(STO)的界面处发现二维电子气(2DEG)引起了人们对该体系以及钙钛矿氧化物异质结构广泛的研究。然而2DEG出现的物理机制一直是激烈争论的问题。目前,被广泛引用的物理机制包括,界面处的极化不连续、氧空位、阳离子混合、衬底诱导的八面体畸变等。本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了应变和氧空位对基于KTaO_3(KTO)表面与界面处二维载流子气的调控,以及应变对基于Mott绝缘体YTiO_3(YTO)超晶格结构电子特性的调控。我们研究了面内应变(-5～5%)对极性KTO表面处二维载流子气的调控,由于沿(001)方向极化交替的(KO)~-...(TaO2)~+原子层,我们观察到KTO表面体系的顶部和底部分别出现2DEG和二维空穴气(2DHG)。当在ab面内施加拉伸应变时,2DEG和2DHG的位置没有变化。然而随着压应变的增加,2DEG由顶部逐渐转移到底部,2DHG由底部逐渐转移到顶部。在这个过程中,当压应变为-3～-4%时,2DEG和2DHG消失,体系表现出绝缘特性,带隙分别为0.53～1.40 eV,这是因为随着压应变的增加,每个ab面内的阴阳离子之间的相对位移沿c方向逐渐增加,导致阴阳离子之间的铁电极化与极化原子层效应相互抵消。我们构建了由铁磁半导体EuO和KTO组成的EuO/KTO超晶格结构模型,该结构包含两个界面为TaO_2/EuO和KO/EuO。分别在两个界面处的KTO层中取氧空位,计算结果发现由于界面处氧空位的存在,界面处会出现2DEG。由于Eu原子内f-d轨道的耦合以及费米面处Ta的d轨道与Eu的d轨道杂化,在TaO_2/EuO界面处的二维电子气会出现自旋极化,最接近界面的TaO_2层中的Ta原子成铁磁排列,磁矩值高达0.18μ_B,但在KO/EuO界面处的2DEG的自旋极化接近于零。我们计算了面内应变对YTO/STO超晶格的结构和电子态调控。发现当在面内施加压应变时,体系出现绝缘体-金属转变,对体系结构的分析发现体系从绝缘体到金属的转变伴随着体系的结构相变。当在面内施加拉伸应变时,体系没有出现该转变。另外,我们发现当减小U值时,体系也会出现相似的绝缘体-金属的转变。因此,这种绝缘体-金属相变的控制参数为U/W的比值。以上这些发现可以提升我们对此类氧化物表面和异质结构及其电子特性的认识。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2018-06-01）
杨智唤[10]（2018）在《复杂氧化物界面二维电子气的光电协同调控及其弛豫过程》一文中研究指出作为典型的强关联电子材料,钙钛矿过渡金属氧化物及其异质结构表现出许多新奇的物理现象和广阔的应用前景,近年来一直是凝聚态物理关注的明星材料。其中,在两种绝缘钙钛矿氧化物La AlO_3(LAO)和SrTiO_3(STO)异质结界面发现的金属性二维电子气,因其具有的二维超导、二维磁性和强自旋轨道耦合等独特物理性质,引起了研究人员的广泛关注。本研究组之前的研究工作表明,光照的辅助作用可以显着提高LAO/STO二维电子气电输运性质受门电压调控的幅度,其电阻的变化幅度数百倍于普通电容效应的调控效果,该现象被称为“光电协同场效应”。结合原位表征实验结果,他们初步认为这种特殊的光电协同场效应可能源于由氧空位电迁移引起的STO表面晶格膨胀以及晶格极化过程,然而对于其内部物理机制的微观细节以及动力学过程仍然缺乏较为清晰的认识。比如光电协同作用究竟如何影响界面载流子输运性质及其与温度的依赖关系,场效应调控/弛豫过程中电子、离子和晶格是否具有不同动力学行为等等,这些问题对于以此为基础的新原理器件设计至关重要,值得我们进一步深入地研究。因此,本论文在之前的工作基础上,以金属导电性LAO/STO二维电子气为研究对象,系统地研究了不同温度下光电协同场效应的变化规律和内在物理机制,原位表征和分析了场效应弛豫过程中界面晶格结构和瞬态光电响应的动态变化过程,发现并解释了场效应调控实验中独特的“锻炼现象”和“衰减行为”。论文主要的研究成果分为以下叁个部分:1、本文选取了电输运性质对单独光照作用并不敏感的金属导电性二维电子气作为研究对象,发现在光照和门电压的协同作用下,该二维电子气的输运性质发生了巨大的变化。室温下-100 V门电压和10 mW光照联合作用10分钟后,其电阻增大达10倍以上,远高于普通电容效应所导致的调控幅度。通过变温实验研究发现,此体系的光电协同场效应表现出强烈的温度依赖性:在室温和低温下调控能力非常强,而在中间温度区间则较弱。样品面电阻和霍尔电阻在调控过程中原位监测的结果证明电输运性质的变化主要源于界面载流子浓度的增加或减少,而载流子迁移率基本保持不变。通过比较不同初始载流子浓度样品的实验结果,作者发现仅在部分载流子浓度处于临界值以下的样品中存在显着的光电协同场效应,该临界载流子浓度即对应于STO界面极化对二维界面的额外调控能力;2、利用原位瞬态光伏光电导技术,结合电输运性质、X射线衍射以及拉曼光谱等实验结果,我们对LAO/STO界面光电协同场效应弛豫过程中晶格结构、电极化和缺陷分布随时间的变化规律进行了深入研究。研究发现光电协同调控后的LAO/STO界面弛豫过程可分为两个阶段:第一阶段,由于界面极化的存在而显着增大的瞬态光伏信号在较短的数百秒时间内迅速恢复至初始状态,此时STO晶格膨胀以及相应的晶格极化迅速消失,同时二维电子气电阻态也迅速恢复了整个变化幅度的95%以上,非常接近初始电阻状态;第二阶段,通过分析瞬态光电导信号中给出的界面缺陷(主要是氧空位)信息以及界面层晶格常数随时间的微弱变化,我们认为在晶格极化完全消失后的长时间内(可达数千秒甚至上万秒),被光电协同作用驱离界面的氧空位将缓慢向界面处扩散恢复,最终弛豫回原始状态。以上结果充分表明,在同时撤去光场和电场作用后,LAO/STO界面晶格极化的弛豫过程与氧空位分布状态的恢复过程并不同步,即二维界面的载流子和阴离子缺陷具有完全不同的动力学行为,这对于基于光电协同场效应的新原理器件设计和性能优化具有启示性意义。3、本文发现了光电协同场效应实验中两种独特的物理现象,并给予了定性解释。首先,在室温下的光电协同场效应调控幅度随测试次数的增加而逐次变强,表现出显着的“锻炼”现象(如5次循环测试后,相同的光场和电场导致的电阻变化增长了8.3倍)。基于放电实验测量结果,并结合上节中弛豫动力学的理解,我们提出了以下物理图像:氧空位分布的缓慢弛豫过程使得参与电迁移的氧空位数量会随着循环测试次数而不断增加,导致界面极化强度逐次增强,进而导致了实验中观察到的“锻炼”现象。此外,研究还发现,低温下LAO/STO界面二维电子气的传统场效应(即无光照辅助)存在着随施加时间持续衰减的过程,而在光场和电场联合作用时,这种衰减行为将消失。这种低温下特殊的衰减行为是源于二维电子气势阱与界面附近杂质态的电荷交换过程。而在光照辅助下,界面晶格极化产生的极化场部分抵消了外电场对异质结能带的倾斜作用,从而抑制了界面附近可能发生的电荷交换过程,场效应的衰减行为也随之消失。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2018-06-01）
二维电子气论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
原子级别精确控制氧化物薄膜的层状生长为设计具有新奇物理现象的人工微结构创造了机遇。两种绝缘体氧化物异质结界面存在具有高迁移率的二维电子气(Two-dimensional electron gas,2DEG),例如LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)。利用尖晶石γ-Al_2O_3或者非晶氧化物等替换钙钛矿LAO时,仍然能够获得2DEG。此外,研究发现这类氧化物2DEG表现出有别于块材的诸多性质,例如超导性、铁磁性、自旋轨道相互作用、量子霍尔效应等,得到了科研工作者的广泛关注,为实现新一代全氧化物电子器件提供了可能。在本博士论文中,通过利用脉冲激光沉积技术成功地制备了高质量的氧化物薄膜和具有高迁移率的氧化物异质结界面2DEG。通过变化衬底表面的Ti-O结构、引入磁性掺杂技术、以及施加外电场等方式对界面2DEG的输运性质和磁学性质等进行了有效地调控。获得的主要成果如下:1.经典体系LAO/STO异质结界面的2DEG不具有自旋极化的特性,限制了氧化物2DEG在自旋电子器件中的应用。在本论文中,通过向LAO/STO界面插入一个单胞层厚度的铁磁性绝缘体BaFeO_3(BFO)薄膜制备具有高迁移率的自旋极化的2DEG。相对于LAO/STO异质结,LaAlO_3/BaFeO_3/SrTiO_3(LAO/BFO/STO)异质结界面2DEG的载流子浓度较低,表现为单种载流子导电,同时具有较高的迁移率。当温度低于10K时,该2DEG表现出反常霍尔效应,说明为铁磁有序。通过超导量子干涉仪和X射线磁圆二色性谱测试验证了异质结中BFO缓冲层的铁磁性以及由于磁性临界效应导致的2DEG的铁磁性。除此之外,通过向STO衬底背面施加电场成功地调控了界面2DEG的物理性质,例如Kondo效应、Rashba自旋轨道耦合以及反常霍尔效应等。2.异质结界面2DEG的形成机制始终是氧化物电子学中的一个研究课题。在异质结的制备过程中,界面发生的氧化还原反应可以导致2DEG的形成,其中的一个经典体系为amorphous-LAO/STO(a-LAO/STO)异质结。在本论文中,通过利用Ti-O键角不同的金红石相单晶TiO_2[rutile,TiO_2(R)]和锐钛矿相单晶TiO_2[anatase,TiO_2(A)]替换a-LAO/STO异质结中以TiO_2为终止层的STO衬底,实现a-LAO/TiO_2界面2DEG的调控。首先,在本论文中成功地制备出a-LAO/TiO_2(R)和a-LAO/TiO_2(A)异质结,并在界面处获得了 2DEG。其次,输运测试发现a-LAO/TiO_2(R)和a-LAO/TiO_2(A)界面2DEG的输运性质明显有别于a-LAO/STO界面。最后,结合x射线光电子能谱测试和输运性质的研究,总结出a-LAO/TiO_2(R)和a-LAO/TiO_2(A)界面的2DEG来源于衬底表面的氧空位,衬底中Ti-O键角的大小会影响氧空位迁移时所需的激活能,导致界面处2DEG的输运性质有差别。3.在γ-Al_2O_3/STO异质结的基础上,本论文中首次利用带有磁性元素的新型尖晶石MAl_2O_4(M=Fe,Co,Ni)薄膜替换γ-Al_2O_3制备出MAl_2O_4/STO异质结。首先,叁种MA1_2O_4薄膜都表现出一直可以持续到室温的铁磁性。其次,就输运性质而言,CoAl_2O_4/STO和NiAl_2O_4/STO两个界面都表现出很好的导电性,2DEG的迁移率约为3×10~4 cm~(-2)V~(-1)S~(-1),与相同环境下制备的γ-Al_2O_3/STO界面相当。相反,FeAl_2O_4/STO界面绝缘。此外,当温度低于30 K时,CoAl_2O_4/STO和NiAl_2O_4/STO界面均表现出反常霍尔效应,该反常霍尔效应来自于铁磁性薄膜MAl_2O_4诱导产生的磁性临界效应。然而,相同条件下制备的γ-A1203/STO界面在温度低于5 K时表现出与氧空位相关的反常霍尔效应。4.掺杂作为半导体工业中的关键工具,可以应用到氧化物异质结中。在本论文中,基于γ-Al_2O_3的结构特征首次提出分数掺杂的概念。每个γ-Al_2O_3单胞由四个电中性子层构成,用非磁性材料ZnO或磁性材料Fe3O4替代γ-A1203/STO中每个γ-Al_2O_3单胞中的一个子层来实现分数掺杂,通过调节掺杂层与STO表面间的距离可以调控界面的输运性质。除此之外,被分数掺杂的γ-Al_2O_3/STO异质结界面在温度低于20K时表现出反常霍尔效应。经过研究发现,被ZnO分数掺杂的异质结界面的反常霍尔效应与γ-Al_2O_3/STO界面的起源相同,来自于STO表面产生的氧空位。然而,被Fe_3O_4分数掺杂的γ-Al_2O_3/STO界面的反常霍尔效应来源于磁性Fe_3O_4层与界面2DEG之间的交换相互作用。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
二维电子气论文参考文献
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