酸化物ヘテロ界面での電荷移動を解明 (Unraveling Charge Transfer at Oxide Heterointerfaces)

ad

2024-12-18 パシフィック・ノースウェスト国立研究所 (PNNL)

太平洋北西国立研究所(PNNL)の研究では、半導体シリコン(Si)と酸化物ストロンチウムチタン酸化物(SrTiO₃)のヘテロ界面における電荷移動の仕組みが解明されました。Si中の自由電子がSrTiO₃に移動し、表面の空乏化を引き起こす現象が確認されました。さらに、SrTiO₃の表面をバリウム酸化物(BaO)や二酸化チタン(TiO₂)などの薄膜で覆うことで、電荷移動を制御できることが示されました。これにより、半導体-酸化物界面のバンドアライメントを調整する新たな方法が提示され、次世代の電子デバイス設計に貢献する可能性が示されました。

<関連情報>

LaNiO3/LaFeO3超格子の界面電荷移動と輸送特性への影響 Interfacial charge transfer and its impact on transport properties of LaNiO3/LaFeO3 superlattices

Le Wang, Zhifei Yang, Krishna Prasad Koirala, Mark E. Bowden, […], and Yingge Du
Science Advances  Published:18 Dec 2024
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adq6687

酸化物ヘテロ界面での電荷移動を解明 (Unraveling Charge Transfer at Oxide Heterointerfaces)

Abstract

Charge transfer or redistribution at oxide heterointerfaces is a critical phenomenon, often leading to remarkable properties such as two-dimensional electron gas and interfacial ferromagnetism. Despite studies on LaNiO3/LaFeO3 superlattices and heterostructures, the direction and magnitude of the charge transfer remain debated, with some suggesting no charge transfer due to the high stability of Fe3+ (3d5). Here, we synthesized a series of epitaxial LaNiO3/LaFeO3 superlattices and demonstrated partial (up to ~0.5 e/interface unit cell) charge transfer from Fe to Ni near the interface, supported by density functional theory simulations and spectroscopic evidence of changes in Ni and Fe oxidation states. The electron transfer from LaFeO3 to LaNiO3 and the subsequent rearrangement of the Fe 3d band create an unexpected metallic ground state within the LaFeO3 layer, strongly influencing the in-plane transport properties across the superlattice. Moreover, we establish a direct correlation between interfacial charge transfer and in-plane electrical transport properties, providing insights for designing functional oxide heterostructures with emerging properties.

0403電子応用
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました