强磁场下3d/4d过渡金属氧化物异质界面非线性磁光研究

Transition metal oxide heterointerfaces provide us a platform for the manuplaion of electron and spin at the atomic scale. At the oxide interfaces, the correlation between electron, spin, and orbits can produce many interesting phenomena, so called emergent phenomena, which cannot be found in the bulk. The heterointerfaces based on 3d orbits have been studied intensively. Otherwise, the heterointerfaces formed between 3d and 4d orbits were rarely touched. The emergent pheonomena and their physical orgins in these hetero-obit interfaces are not clear up to now. Therefore, we plan to make this proposal and focus on the study of emergent phenomena in the 3d/4d heterointerfaces mainly via magneto-second harmonic generation with high magnetic fields. In this proposal, the pulse laser deposition method will be used to fabricate 3d/4d heterointerfaces and the magneto-second harmonic generation will be used for the detection of electron and spin polarization at the interfaces. Based on those results, the mechanism of interfacial correlation will be analysized and the possible application will be deduced.

过渡金属氧化物异质界面为人们提供了一个在原子尺度操控电子与自旋的机会。界面电子的多自由度相互作用衍生出很多在块体中无法实现的新奇物性，被称之为界面层展现象。3d轨道氧化物界面已被广泛研究，而将轨道半径、电子带宽、库伦作用等都不同的3d、4d氧化物组合而成的异轨道界面则较少被关注，其中的层展物性及关联物理机制都还不清晰。本项目建议以3d/4d过渡金属氧化物异质界面为对象，以强磁场下超快二次非线性磁光为主要手段，开展异轨道界面中层展物性的研究。项目充分发挥强磁场下超快非线性磁光对界面物性的超高灵敏度，重点研究强磁场下异轨道界面的电、磁结构，在获得界面物性随磁场作用的演变规律基础上，明晰异轨道界面中的关联机理，为其器件应用提供实验基础。

本项目以3d、4d 过渡金属氧化物薄膜与异轨道界面为对象，除了一般的电、磁物性表征之外，采用中科院强磁场科学中心独特的磁场下二次谐波产生（SHG）、磁场下太赫兹时域光谱（THz-TDS）、强磁场下磁力显微镜（MFM）等先进技术手段，系统探索了多重量子序等关联物性。. 项目团队不仅通过脉冲激光沉积系统，生长了系列3d、4d 过渡金属氧化物薄膜与异轨道界面，而且在其中：1）国际上首次发现了3d过渡金属氧化物中高温多重电子序的晶体学行为，并用20T级的强磁场下MFM观察到了电子晶体的实空间图像与其动力学行为；2）发现了新型p-type氧化物半导体LaRhO3的光电导性能被异轨道界面状态有效调控效应；3）获得了金属-3d金属氧化物异质结的电疲劳特性，在疲劳的异质结中采用SHG 技术发现了疲劳导致的预铁电态，以及极化整流效应；4）采用磁场下超快泵浦-探测技术探索了3d/4d 异轨道界面的超快动力学行为等等。. 本项目支持的工作共计发表SCI论文9篇，其中ACS Appl. Mater. Interfaces一篇、Adv. Optical Mater.一篇，Appl. Phys. Lett. 两篇。另外，还有准备和在投的两篇，预计2019发表。