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尹鑫茂教授发表氧化物界面新成果
发布时间:2022-08-25

新闻链接:https://news.shu.edu.cn/info/1013/65261.htm


近日,理学院上海市高温超导重点实验室的国家级青年人才尹鑫茂教授及合作者在美国物理联合会(American Institute of Physics)旗下顶级物理期刊《Applied Physics Reviews》上发表题为“Two-Dimensional Charge Localization at the Perovskite Oxide Interface”的研究性论文。主要作者包含蔡传兵教授、尹鑫茂教授、兼职教授陈智新及20级研究生陈顺风。上海大学物理系是论文的第一完成单位和通讯单位。该论文被编辑部甄选为期刊亮点论文(Featured Article),是团队继2022年初在《Nature Communications》发表超导论文后的又一重要进展。

近年来,量子材料界面因呈现出母体中不存在的新奇电子行为而受到广泛关注,也使其在将来微电子、自旋电子器件中的应用成为可能。铝酸镧(LaAlO3)和钛酸锶(SrTiO3)是两种绝缘氧化物,但当它们组合到一起时,界面处就能产生“二维电子气”并出现超导现象。这为探索低温量子现象及超导器件的研发提供新的思路,也标志着新的超导体系诞生:界面超导、拓扑超导。界面超导不仅为寻找新超导体和提高超导转变温度Tc提供一种强有力的方法,也为利用不同超导材料和基底研究非常规超导机制提供一个较理想的实验平台。

量子材料若要在界面处发生超导,在低温下其导电电子需要发生配对现象。当大量电子在量子材料界面附近运动时,会受到界面附近晶格缺陷的作用,称之为“无序”并对界面超导有非常显著的影响。在凝聚态物质系统中纳米级无序效应通常是以物理(如缺陷、畸变)或化学无序(如杂质、掺杂)的形式出现。而在对称性破缺过程中产生的电荷局域化与无序效应的控制紧密相关。关联系统中电荷(去)局域化效应是凝聚态系统中的关键因素,为揭示包括非常规超导中电子强关联和弱关联的相互作用提供了一定的见解。而当电荷局域化效应发生在低维系统时,在量子效应的限制下,此时系统会发生新的物理现象。

在这篇原创论文中,尹鑫茂教授团队通过先进光谱技术-变温X射线吸收光谱,证实了迁移二维自由电子将会被局域在LaAlO3/SrTiO3界面特定的电子轨道杂化态(与氧关联)中,并发现二维电子局域化可通过降低温度或离子液体电场调控诱导产生。此外,还发现这种局域化效应不仅适用于非晶态复杂氧化物界面系统,也同时适应于结晶态复杂氧化物界面。且证明了界面杂化效应在调节低维电子局域效应中起着一个关键作用。因此这一结果对全面认识界面超导中电荷局域化问题,并最终理解其物理机制,具有重要意义。该团队利用新型光谱技术解决了氧化物界面中低维电子局域化的探测问题,为非晶态复杂氧化物薄膜系统中的超导器件制造开辟了一条新颖的途径。不但丰富了未来氧化物器件应用的理论基础,同时也为非常规超导体的超导机制提供了一定的理论解释。



本工作得到国家自然科学基金项目(No. 52172271)和国家重点研发计划项目(No. 2022YFE03150200),中科院战略性先导科技专项B类(No. XDB25000000)等项目支持。近年来,上海市高温超导重点实验室在非常规超导的宽波段光谱学研究、高温超导关键成材技术、强电应用和关联氧化物电子自旋等方向上形成了很好的国际化研究氛围和影响力。

论文链接:https://doi.org/10.1063/5.0094500