研究人员在5d铱酸盐的异质界面上发现了可调谐的二维电子气

最近，中国科学院合肥物理科学研究所高磁场实验室杨小平教授的研究小组发现了一种位于异质界面的可调可控单原子层二维电子气（2DEG）

研究结果发表在ACS应用电子材料上

莫特绝缘体-金属过渡是凝聚态物理学中的一个关键课题，因为它在掺杂时具有器件应用和超导性的潜力。在5d铱酸盐中，自旋轨道耦合（SOC）比3d过渡金属氧化物强得多，使其与晶体场分裂和电子-电子相互作用相当。这导致Ir 5d-t2g频带分裂为Jeff=3/2和Jeff=1/2子带

目前，人工异质界面技术被广泛用于操纵材料的电子结构和性能

在这项研究中，研究人员利用密度泛函理论探索了（SrIrO3）m/（LaTiO3）1超晶格的电子性质。他们观察到，在界面极性差异和氧八面体畸变的共同作用下，LaTiO3和SrIrO3之间发生了整数电荷转移

通过掺杂LaTiO3的A位或改变SrIrO3层数m，可以控制每个Ir原子上转移的电子数量，从而调节Ir的氧化态。这导致了各种电子态，包括非磁性带绝缘体、铁磁性金属、亚铁磁性Mott绝缘体和亚铁磁性金属

当SrIrO3至少有两层时，会出现混合价态。当SrIrO3层数m大于或等于3时，这会导致绝缘体-金属转变。

最有趣的是，电荷转移和二维电子气（2DEG）的形成仅发生在材料相遇的IrO2单原子层，而与SrIrO3层厚度无关。这与3d LaAlO3/SrTiO3系统不同，在3d LaAlO3/SrTiO3系统中，2DEG延伸到材料内部，超出界面

这些发现为新型纳米级氧化物电子器件的发展和二维非常规铱酸盐超导性的探索提供了新的见解 More information: Miao Li et al, Tunable 5d-t2g Mott State and Monoatomic Layer Two-Dimensional Electron Gas Realized in Spin–Orbit-Coupled SrIrO3 through Heterostructuring, ACS Applied Electronic Materials (2024). DOI: 10.1021/acsaelm.4c01015