摘要: 复杂氧化物界面电子气和界面超导研究是近年来凝聚态物理领域的国际前沿热点，在探索多种量子序竞争与共存所诱导的界面演生现象，理解高温超导、二维超导物理机制，以及发展超越传统半导体器件的新型电子器件等方面都起着积极作用。因此，深入理解复... 展开 复杂氧化物界面电子气和界面超导研究是近年来凝聚态物理领域的国际前沿热点，在探索多种量子序竞争与共存所诱导的界面演生现象，理解高温超导、二维超导物理机制，以及发展超越传统半导体器件的新型电子器件等方面都起着积极作用。因此，深入理解复杂氧化物界面导电机制，发展相应的高效调控方法，以及在更多界面探索新奇的物理现象，具有十分重要的科学意义。 本论文主要关注非晶氧化物薄膜诱导的复杂氧化物异质界面电子气与界面超导的研究。我们发现在异质结表面覆盖非晶氧化物薄膜能够诱导电荷向复杂氧化物异质界面转移；通过进一步的原位实验，我们证明了被转移电荷来源于非晶薄膜。基于这样的结论，我们将非晶LaAlO3薄膜覆盖在KTaO3单晶表面，诱导产生界面超导态。其中，非晶LaAlO3/KTaO3(110)界面超导系首次被发现；非晶LaAlO3/KTaO3(111)界面可以在场效应调控下出现超导-绝缘转变。本论文具体包括以下四个部分的工作： 第一，非晶薄膜诱导电荷转移至氧化物异质界面。我们在基于SrTiO3的复杂氧化物异质结表面覆盖了多种非晶氧化物薄膜，发现这种方式可以向导电或者绝缘的异质界面转入高达2×1014cm-2的载流子浓度。经过在不同异质结与不同非晶氧化物直接的广泛组合试验，我们发现非晶薄膜向异质界面转移电荷的现象普遍存在。 第二，通过原位测试在SrTiO3单晶基片上覆盖非晶LaAlO3薄膜过程中的电阻变化，展示了电荷是从非晶薄膜中的氧空位向复杂氧化物异质界面转移的。我们发现覆盖率仅12.5%的非晶LaAlO3薄膜就可以在SrTiO3单晶基片中形成二维电子气。通过改变非晶薄膜生长条件与相应衬底，我们认为非晶薄膜中氧空位是界面电子气的主要来源。这些结果为长期争论的基于SrTiO3的异质界面中界面二维电子气起源问题提供了一个新的解释。 第三，KTaO3单晶表面覆盖非晶LaAlO3薄膜后界面出现超导态。利用非晶薄膜诱导电荷转移的结论，我们制备了非晶LaAlO3/KTaO3界面超导。其中，LaAlO3/KTaO3(110)界面超导系首次发现，超导转变温度为0.93K。界面超导的上临界场都呈现出强烈的各向异性特征，同时，其超导转变满足Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）相变条件，可以确定该界面超导属于二维超导。我们的结果提供了一个全新的研究复杂氧化物异质界面二维超导的体系。 第四，场效应调控改变了非晶LaAlO3/KTaO3(111)界面电输运性质。该界面超导转变温度达到2K，通过在KTaO3背面施加门电压，异质界面可以出现连续的超导-绝缘转变。通过霍尔效应测试，我们发现场效应调控显著改变了异质界面迁移率，而对载流子浓度影响比较小。同时，我们发现在低温的超导与绝缘态下，界面电阻均呈现饱和状态，出现了与界面超导相关的量子金属态。 收起