铜酸盐-钛酸盐异质界面结构的超高分辨电子显微学研究

界面结构对异质结构的物理特性（例如，电学和磁学）起着至关重要的作用。界面原子结构模型的准确建立是理解异质结构物理特性的基础。高分辨电子显微术对于异质结构界面的研究是建立和验证原子模型非常有效的手段。然而，由于球差的限制常规高分辨电镜的分辨率较低而且轻元素很难被实验观察到，在此基础上建立的一些界面模型不能在原子层次上描述复杂异质结构的界面结构和考察理论计算中使用的界面原子模型的有效性。..本项目拟利用超高分辨率像差校正电子显微术中的负球差成像技术和非相干高分辨率原子序数衬度成像技术等，对钇钡铜氧-钛酸锶异质结构的界面结构以及缺陷进行系统的研究。建立不同生长条件下的YBa2Cu3O7/SrTiO3(001)异质结构的界面原子结构模型（包括氧原子）。项目的完成不仅将在原子层次对界面结构与高温超导薄膜生长的关系有较深入地了解，同时有助于理解高温超导铜酸盐-钛酸盐异质结构的界面对异质结构物性的影响。

利用象差校正电子显微术研究了YBa2Cu3O7-/SrTiO3(001)异质结构的界面和界面缺陷的显微结构。通过实验确定了YBa2Cu3O7- 薄膜以c轴垂直于SrTiO3(001)衬底表面的方式生长，并存在两种界面结构。不同类型的界面结构在衬底表面的同时形核使得YBa2Cu3O7- 内出现反相畴结构，其终止于界面附近的层错结构。实验中观察到“Stand-off”类型的失配位错，并确定了其位错核心结构。..利用负球差成像技术，我们首次发现YBa2Cu3O7-/SrTiO3(001)界面的极化效应，并确定极化来源于界面原子的重构。局域极化垂直于界面其大小约为49 C/cm2。这一发现揭示了铜酸盐-钛酸盐的界面静电耦合可导致所谓的“极化灾难”。.除了YBa2Cu3O7-/SrTiO3异质结构, 我们还系统研究了YBa2Cu3O7-/PrBa2Cu3O7- 异质结构的显微结构。在SrTiO3(001)衬底上YBa2Cu3O7-/PrBa2Cu3O7- 异质结构的c轴垂直于衬底表面，而且YBa2Cu3O7-/PrBa2Cu3O7-界面清晰没有明显的元素相互扩散存在。另外，实验中观察到“Stand-off”类型的失配位错出现在PrBa2Cu3O7-薄膜层，与层错结构一起释放YBa2Cu3O7-/PrBa2Cu3O7-的界面应力。.我们的研究结果表明界面特征对异质结构组成的超导产效应器件的电学性能的影响需要从理论和实验上进一步考虑。