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在本论文中,我们以漂移-扩散模型为基础从理论上研究了硅基钙钛矿氧化物异质结的稳态电输运特性,揭示了硅基钙钛矿氧化物异质结稳态电输运的物理机制。而且,引入自旋极化和相分离机制,对钙钛矿氧化物异质结中出现的正磁电阻现象以及在不同温度下磁电阻随温度变化的现象进行了理论解释。
1.在漂移-扩散模型基础上,通过自洽求解泊松方程和电流连续性方程,可以得到硅基的钙钛矿氧化物异质结SrTiO3-δ/Si和La0.7Sr0.3MnO3/Si中电势分布、电场分布、载流子浓度分布和I-V特性等等。而且,对于不同掺杂浓度的n型和p型硅衬底,会出现空间电荷区分布的不同。然而,仅仅考虑漂移-扩散模型,不能够完全正确地描述硅基的氧化物异质结SrTiO3-δ/Si和La0.7Sr0.3MnO3/Si的稳态电输运特性,需要考虑硅衬底的电阻影响。因此,对于硅基的钙钛矿氧化物异质结而言,其输运机制应该归为两点,首先是漂移-扩散机制;其次,硅衬底的电阻对硅基的钙钛矿氧化物异质结的稳态电输运有非常重要的影响。
2.从求解薛定谔方程出发,引入了自旋极化,用数值方法计算得到了不同自旋极化下La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3异质结的正磁电阻随反向偏压的变化关系,并且揭示了La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3异质结正磁电阻随偏压变化的物理本质。认为正磁电阻效应的产生主要是由于界面机制引起的,而正磁电阻随偏压呈现出的先上升后下降的趋势是由于从eg1↑能带隧穿到t2g↓带的隧穿电流与从eg1↑能带隧穿到eg2↑能带的隧穿电流之间的竞争引起的。
3.引入相分离机制,结合引起正磁电阻效应的界面机制,揭示了La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3异质结中的磁电阻随温度变化的物理本质。由于相分离机制和界面效应两种机制的竞争,导致了在La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3异质结中磁电阻随着温度的升高呈现出先负后正的现象。在极低温时,La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3异质结中相分离机制占主导作用,而负磁电阻效应主要是相分离机制导致的,所以,极低温下La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3异质结具有负磁电阻特性。随着温度的升高,La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3异质结中的界面效应越来越占据主导作用,所以,La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3异质结会呈现出正磁电阻效应。