Araştırma, bant doldurma durumunun, iki boyutlu elektron gazının Rashba spin-yörünge eşleşmesi üzerindeki etkisini ortaya koyuyor
Yükün ve yörüngenin yeniden yapılandırılması nedeniyle, güçlü bir şekilde ilişkilendirilmiş oksit arayüzü genellikle benzersiz özelliklere sahip üçüncü bir faz oluşturur En ilginç keşif, iki yalıtıcı oksidin arayüzündeki oldukça iletken iki boyutlu elektron gazıdır. Geleneksel yarı iletken iki boyutlu elektron gazının aksine, arayüz potansiyelindeki elektronlar, d-elektron özelliklerine sahiptir ve farklı d-orbitallerini işgal edebilir, bu da iki boyutlu süperiletkenlik ve manyetizma ve süperiletkenliğin bir arada bulunması gibi bir dizi yeni özellik ile sonuçlanır.
Spin-polarize iki boyutlu elektron gazının nasıl elde edileceği ve elektron gazının verimli kontrolünün nasıl sağlanacağı ile ilgili olarak, Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi Eyalet Anahtar Manyetizma Laboratuvarı Sun Jirong ekibi sistematik ve derinlemesine bir çalışma yürüttü. , Işık uyarımı ve şebeke voltajı kombinasyonunun, şebeke voltajının arayüz elektron gazı üzerindeki ayarlama etkisini iki büyüklük derecesi ile güçlendiren sinerjistik bir etki yaratacağı bulunmuştur (Nat. Commun. 5, 5554 (2014)). Daha sonra, EuO / KTaO3 arayüzünde (Phys. Rev. Lett. 121, 116803 (2018)) güçlü bir manyetik spin-polarize iki boyutlu elektron gazı elde etmek için EuO'nun iki boyutlu elektron gazı üzerindeki manyetik yakınlık etkisini kullandılar.
İki boyutlu elektron gazı çalışmasında bir diğer önemli konu, elektron gazının benzersiz özelliklerinin düzenlenmesi, yani simetri kırılmasının neden olduğu Rashba etkisinin düzenlenmesidir.Raşba etkisi aynı zamanda elektrik alanın spin sürecini düzenlemesinin ana yoludur. Elektron gazının hangi karakteristik parametreleri Rashba alanına bağlıdır ve değişiminin nasıl kontrol edileceği, araştırmacılar için her zaman büyük bir endişe kaynağı olmuştur. Son zamanlarda, araştırmacı Sun Jirong'un rehberliğinde, doktora öğrencisi Zhang Hui ve diğerleri, iki boyutlu elektron gazının Fermi seviyesinin büyük ölçekli düzenlemesini sağlamak için fotoelektrik sinerjiyi kullanarak amorf-LaAlO3 / KTaO3 arayüzünde iki boyutlu elektron gazının derinlemesine bir çalışmasını gerçekleştirdiler. Enerji seviyesi 13 meV ile 488 meV arasında değişir.Rashba spin-yörünge kuplaj parametresi ile Fermi seviyesi arasındaki niceliksel ilişki kurulur.Spin difüzyon uzunluğu ile enerji bandı dolma durumu arasındaki nicel ilişki ortaya çıkarılır ve enerji bandı ortaya çıkar. Doldurma durumunun spin taşıma süreci üzerindeki etkisi, şimdiye kadarki en büyük spin difüzyon mesafesi (70nm) ve en güçlü Rashba spin-orbit kuplaj parametresi (30 meV) olmuştur. Bu çalışma, yüksek performanslı iki boyutlu elektronik sistemlerin daha fazla araştırılması için sağlam bir temel sağlar ve d-elektron iki boyutlu elektronik gazın tuhaf fiziksel etkilerinin keşfi için yeni bir alan sağlar.
Bu araştırmada yoğunluk fonksiyonel teorisinin hesaplanması, Fizik Enstitüsü'nden Profesör Liu Banggui ile işbirliği içinde tamamlandı.
Bu çalışma ACS Nano'da (ACS Nano 13, 609 (2019)) yayınlandı. Bu çalışma, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (2016YFA0300701, 2017YFA0206300, 2017YFA0303601, 2018YFA0305704), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (11520101002, 51590880, 11674378) ve Çin Bilimler Akademisi'nin önemli projeleri tarafından desteklenmiştir.
Şekil 1 Manyetik alana bağlı Hall direnci. Ölçüm sıcaklığı 5K, manyetik alan aralığı ± 9T ve lazer gücü 0-40 mW'dir. (a) En düşük Fermi seviyesine karşılık gelen iki boyutlu elektron gazı. (d) Orta Fermi seviyesine karşılık gelen iki boyutlu elektron gazı. (b ila c) Karşılık gelen taşıyıcı konsantrasyonu. (e-f) Tipik bir kütle taşıyıcı modeli uydurularak elde edilen karşılık gelen elektron hareketliliği.
Şekil 25K sıcaklıkta ölçülen, numunenin yüzeyine dik bir manyetik alanla ölçülen manyetik iletkenlik. (a) Fermi seviyesini ayarlamak için şebeke voltajını kullanın. (b-c) Fermi seviyesini ayarlamak için ışık uyarma kullanın. Şekildeki düz çizgi, Rashba spin-yörünge kuplaj parametresinin türetildiği teorik formüle göre uydurmanın sonucudur.
Şekil 3 (a) Etkili spin yörüngeleri durumunda esnek olmayan alan. (b) Döndürme devinim mesafesi ve eşevresizlik uzunluğu. (c) Rashba spin bölme enerjisi, taşıyıcı konsantrasyonla (Fermi seviyesi) değişir.
Kaynak: Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
