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调整氧的耦合角以控制薄膜特性,新电子材料开发的新路

文章来源:日经BP社  2016-03-11

标签:异质结构薄膜氧配位

日本京都大学2016年3月8日宣布,对于由钙钛矿(Provskite)结构的过渡金属氧化物构成的异质结构薄膜,成功通过改变氧配位环境(过渡金属与氧之间的耦合角)控制了其薄膜特性。据介绍,这有助于将来电子领域及自旋电子领域的新材料开发。

过渡金属氧化物可显示出普通半导体无法实现的多样的特性,是目前业界广泛研发的功能性材料。尤其是钙钛矿结构氧化物,显示出了多种特性,因此将其作为新一代电子及自旋电子材料的研究十分盛行。而且,随着原子级别的氧化物制造技术的不断进步,现在已能够实现将具有陡峭界面的薄膜与异种材料接合在一起的异质结构,因此钙钛矿结构氧化物作为发现新物性及新功能性的场所备受关注。

此次,京都大学在钙钛矿结构氧化物SrRuO3与GdScO3之间插入了数原子层厚度的Ca0.5Sr0.5TiO3层,并调查了由此形成的异质结构薄膜的详细构造和特性,结果发现,SrRuO3薄膜层中的氧配位环境取决于异质界面中过渡金属与氧的耦合角。同时还发现,通过以原子层为单位改变Ca0.5Sr0.5TiO3层的厚度,可以随意控制整个SrRuO3层的氧配位环境。

另外,京都大学还比较了在界面中插入0到4层厚的Ca0.5Sr0.5TiO3层后形成的异质结构薄膜,发现两个原子层厚度以下和三个原子层厚度以上的异质结构的霍尔电阻的动作不同,磁各向异性也发生变化。该校称,这一结果意味着与过渡金属配位的氧对过渡金属氧化物异质结构薄膜的功能特性发挥了重要作用,并证明经由界面构造来调整氧配位环境的“界面工程”方法对控制薄膜的功能特性十分有效。

除了SrRuO3之外,此次研究发现的界面工程方法还能应用于其他很多过渡金属氧化物,通过改变界面的氧配位环境,可以让具备前所未有的新构造的氧化物趋于稳定。这种物质开发方法属于新技术,与以往对具有新化学成分的物质进行合成的方法不同,利用这种新技术有望发现新的功能。

此次的研究成果已于3月7日(英国时间)发表在英国科学期刊《自然材料》(Nature Materials)上。

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