研究人员在5d铱酸盐异质界面发现可调的二维电子气

近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场实验室杨小平教授课题组在异质界面处发现了一种可调可控的单原子层二维电子气(2DEG)。

莫特绝缘体-金属转变是凝聚态物理学的一个关键课题，因为它在掺杂后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-t 2g带分裂为 J eff = 3/2 和 J eff = 1/2 子带。

目前，人工异质界面技术被广泛应用于调控材料的电子结构和性质。

在本研究中，研究人员利用密度泛函理论探索了(SrIrO 3 ) m /(LaTiO 3 ) 1超晶格的电子特性。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，LaTiO 3和 SrIrO 3之间发生了整数电荷转移。

通过掺杂 LaTiO 3的 A 位或改变 SrIrO 3的层数 m，可以控制每个 Ir 原子上转移的电子数，从而调节 Ir 的氧化态。这导致了多种电子态，包括非磁性带绝缘体、铁磁性金属、亚铁磁性莫特绝缘体和亚铁磁性金属。

当 SrIrO 3至少有两层时，就会出现混合价态。当 SrIrO 3层数 m 大于或等于 3 时，就会发生绝缘体-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接触的 IrO 2单原子层上，与 SrIrO 3层厚度无关。这与 3d LaAlO 3 /SrTiO 3系统不同，在该系统中，2DEG 延伸到材料更深层，而不仅仅是界面。

这些发现为新型纳米氧化物电子器件的开发和二维非常规铱酸盐超导性的探索提供了新的见解。