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Probing Charge Accumulation at SrMnO3/SrTiO3 Heterointerfaces via Advanced Electron Microscopy and Spectroscopy.
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2020-09-10 , DOI: 10.1021/acsnano.0c01545 Hongguang Wang 1 , Vesna Srot 1 , Xijie Jiang 2 , Min Yi 2, 3 , Yi Wang 1 , Hans Boschker 1 , Rotraut Merkle 1 , Robert W Stark 2 , Jochen Mannhart 1 , Peter A van Aken 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2020-09-10 , DOI: 10.1021/acsnano.0c01545 Hongguang Wang 1 , Vesna Srot 1 , Xijie Jiang 2 , Min Yi 2, 3 , Yi Wang 1 , Hans Boschker 1 , Rotraut Merkle 1 , Robert W Stark 2 , Jochen Mannhart 1 , Peter A van Aken 1
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The last three decades have seen a growing trend toward studying the interfacial phenomena in complex oxide heterostructures. Of particular concern is the charge distribution at interfaces, which is a crucial factor in controlling the interface transport behavior. However, the study of the charge distribution is very challenging due to its small length scale and the intricate structure and chemistry at interfaces. Furthermore, the underlying origin of the interfacial charge distribution has been rarely studied in-depth and is still poorly understood. Here, by a combination of aberration-corrected scanning transmission electron microscopy (STEM) and spectroscopy techniques, we identify the charge accumulation in the SrMnO3 (SMO) side of SrMnO3/SrTiO3 heterointerfaces and find that the charge density attains the maximum of 0.13 ± 0.07 e–/unit cell (uc) at the first SMO monolayer. Based on quantitative atomic-scale STEM analyses and first-principle calculations, we explore the origin of interfacial charge accumulation in terms of epitaxial strain-favored oxygen vacancies, cationic interdiffusion, interfacial charge transfer, and space-charge effects. This study, therefore, provides a comprehensive description of the charge distribution and related mechanisms at the SMO/STO heterointerfaces, which is beneficial for the functionality manipulation via charge engineering at interfaces.
中文翻译：
通过高级电子显微镜和光谱技术探测SrMnO3 / SrTiO3异质界面上的电荷积累。
在过去的三十年中，研究复杂氧化物异质结构中的界面现象的趋势不断增长。特别需要注意的是界面处的电荷分布，这是控制界面传输行为的关键因素。但是，电荷分布的研究由于其长度尺度小，界面处的复杂结构和化学性质而非常具有挑战性。此外，界面电荷分布的根本起源很少被深入研究，并且仍然知之甚少。在这里，通过像差校正扫描透射电子显微镜（STEM）和光谱技术的结合，我们确定SrMnO 3 / SrTiO 3的SrMnO 3（SMO）侧的电荷积累异质界面，发现在第一个SMO单层上，电荷密度最大达到0.13±0.07 e – /单位晶胞（uc）。基于定量原子级STEM分析和第一性原理计算，我们从外延应变有利的氧空位，阳离子相互扩散，界面电荷转移和空间电荷效应等方面探讨了界面电荷积累的起源。因此，本研究提供了SMO / STO异质接口上电荷分布和相关机制的全面描述，这对于通过接口上的电荷工程进行功能操纵是有益的。
更新日期：2020-10-28
中文翻译：
通过高级电子显微镜和光谱技术探测SrMnO3 / SrTiO3异质界面上的电荷积累。
在过去的三十年中，研究复杂氧化物异质结构中的界面现象的趋势不断增长。特别需要注意的是界面处的电荷分布，这是控制界面传输行为的关键因素。但是，电荷分布的研究由于其长度尺度小，界面处的复杂结构和化学性质而非常具有挑战性。此外，界面电荷分布的根本起源很少被深入研究，并且仍然知之甚少。在这里，通过像差校正扫描透射电子显微镜（STEM）和光谱技术的结合，我们确定SrMnO 3 / SrTiO 3的SrMnO 3（SMO）侧的电荷积累异质界面，发现在第一个SMO单层上，电荷密度最大达到0.13±0.07 e – /单位晶胞（uc）。基于定量原子级STEM分析和第一性原理计算，我们从外延应变有利的氧空位，阳离子相互扩散，界面电荷转移和空间电荷效应等方面探讨了界面电荷积累的起源。因此，本研究提供了SMO / STO异质接口上电荷分布和相关机制的全面描述，这对于通过接口上的电荷工程进行功能操纵是有益的。
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