复杂氧化物界面多铁性二维电子系统及其自旋极化的电场、光控制研究

In this project it will be studied that the interface two-dimension electronic system with multiferroic been formed by structuring heterojunction,tunnel junction to generate the reconsitution of interface electronic states in complex oxides; then the control mechanism and approach of magnetization and spin polarization of this two-dimension electronic system by electric field well be explored; The photoinduced multiferroic resulted from two-dimensionality exciton confine effect and control mechanism of electron spin polarization by photon will be studied. The aim of this project is to find a new approach for developing a new generation speediness and low-power dissipation information storage and reading material and device. This research not only will be of scientific significance but also practical value for fabricating complex oxide lower dimension devices which can consistent with semiconductor electronics.

本项目探索通过构造复杂氧化物异质结、隧道结，产生界面电子态重构，以形成具有多铁性质的界面二维电子系统；研究此二维电子系统磁化和电子（载流子）自旋极化的电场控制机理和途径；研究二维度激子限制效应产生的光致多铁性及其电子自旋极化的光场控制机理和途径。为发展新一代快速、低功耗的信息存储和读出磁电材料与器件探索新途径。本研究不仅对深刻认识电子强关联体系界面电子系统状态和物理性质的主动控制具有科学意义，也对探索可与半导体电子学相容的低维、强关联多功能信息器件具有潜在实用价值。创新点：1、提出通过适当复杂氧化物材料，适当生长界面构造多铁二维电子系统，把强关联、界面效应和低维效应结合起来，为研究强耦合系数的多铁材料探索一条新途径。2、提出通过构造异质结、隧道结，通过结间电压控制自旋极化的方法，此方法比通过门电压控制自旋更具非易失性。3、提出二维电子系统自旋极化的光学控制途径。

用电场操控电子自旋序，或用磁场操控电荷序,特别是电场操控电子自旋序的研究对发展快速、低能耗的新型信息存读多功能材料和器件有着重要的科学意义和潜在实用价值，正成为凝聚态物理学和信息科学热点研究领域。由于量子限制效应和电子态变形（electronic metamorphosis）等原因，界面相产生完全不同于块体母材的电子相，而产生新的、令人动心的本征性质。本研究以复杂氧化物界面的二维电子系统多铁电子相的量子调控，以及电子的自旋极化状态（即电子体系的磁化状态）的电、光调控为研究内容。研究构造多铁二维电子（气体或液体）系统的机理和技术途径；理想复杂氧化物异质结、隧道结、超晶格生长、制备原理与技术；研究二维电子系统自旋极化（材料磁化）的电场控制机理和方法；研究二维电子系统自旋极化（材料磁化）的光场控制机理和方法。重要研究结果：1）成功制备出超晶格多铁材料，具备较强铁电性和铁磁性，第一种材料其剩余极化和饱和极化在40K温度下分别是18.9 μC cm−2 and 88.7 μC cm−2。第二种在室温下其饱和极化和剩余极化分别是30 kV/cm 和31.7 _C/cm2. 2-1）在40 K和5 kOe磁场下，光栅周期4 μm的薄膜样品(3, 15)具有最大的光磁电效应，达到了8.27%。2-2) the (100)- and (111)-oriented BTO/LSMO异质结在室温下存在光磁电效应。本研究结果对认识电子强关联体系的低维度效应、量子限制效应、界面耦合效应与磁电效应，发展自旋电子学，具有重要科学意义。也为发展新一代多态信息存读、多功能自旋电子学材料和器件具有重要实用价值。