【摘 要】
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LaAl03(LAO)/SrTi03(STO)界面二维电子气的发现使得钙钛矿氧化物材料引起了广泛的关注。经过十几年的探索,人们对其中的二维电子气起源已经有了初步的认识,但仍存在着很多的
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LaAl03(LAO)/SrTi03(STO)界面二维电子气的发现使得钙钛矿氧化物材料引起了广泛的关注。经过十几年的探索,人们对其中的二维电子气起源已经有了初步的认识,但仍存在着很多的争议。本论文中,我们通过在LAO/STO界面覆盖LSMO的方式研究了该体系中二维电子气的起源。基于第一性原理方法,系统计算了LSMO层中Sr的掺杂方式和Sr的掺杂量对LSMO/LAO/STO异质结构中原子和电子结构的影响,获得了以下主要结果:一、通过尝试Sr的几种掺杂方式,发现LSMO/LAO/STO体系中,Sr的掺杂方式几乎不影响体系界面处的电子性质。二、通过计算Sr不同掺杂浓度时La1-xSrxMnO3/LaAlO3/SrTiO3异质结的原子和电子结构,我们发现,当Sr的掺杂量较少时LAO/STO界面处存在着二维电子气,当Sr的掺杂量高于某个值时LAO/STO界面处二维电子气消失,这与实验结果相符。三、通过对原子电子结构的分析,我们发现,当掺杂量小于等于1/3时,电子从Mn的t2g轨道转移到了LAO/STO界面处的的Ti的t2g轨道上。电荷转移释放了偶极场,AI-O八面体的畸变小。当Sr的掺杂量大于1/3时,LSMO层对体系极化场的贡献减弱,不足以产生电荷转移。这是LAO层中的极化内建电场逐渐增加,并最终导致AI-O八面体大的畸变。
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