Physics-Informed and Knowledge-Driven Generative AI for Autonomous Discovery of Porous Oxide Energy Materials: Opportunities and Challenges
New Jersey Institute of Technology (NJIT)（新泽理工学院）
本文针对多孔氧化物能源材料的自主发现问题，提出整合多维度物理信息的七层逆向设计框架与知识生成体系，为AI驱动的储能材料自主发现提供通用方案。
2026-11-04 cond-mat.mtrl-sci
ARPES Studies of Two-Dimensional Electron Gases at Transition Metal Oxide Surfaces
高迁移率二维电子气（2DEG）支撑着当今的硅基器件，对于新兴的氧化物电子学领域具有根本的重要性。这样的2DEG通常通过在异质界面处设计能带偏移和电荷转移来创建。然而，在2011年，它表明，高度巡回2DEG也可以在不同的过渡金属氧化物的裸露表面诱导，在那里它们更容易获得高分辨率角分辨光电发射（ARPES）实验。在这里，我们回顾工作，从这个新生的领域，这导致了系统的理解所产生的量子限制的高度各向异性的过渡金属d-状态沿不同的结晶方向的子带结构。我们进一步讨论了不同的表面制备的作用和起源的表面2DEG，其中的理解已允许控制2DEG载流子密度。最后，我们讨论了强大的多体相互作用的签名，以及如何从表面2DEG光谱数据可能与界面2DEG在相同的主机材料的传输特性。
2016-12-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Origin of two-dimensional electron gases at oxide interfaces: insights from theory
氧化物薄膜对界面和表面极性不连续性的响应由于其引起的各种有趣的效应而产生了巨大的活性。一个恰当的例子是在LaAlO 3和SrTiO 3之间的界面处发现了电子气，该电子气已经被证明是准二维的、可切换的、磁性的和/或超导的。尽管有这些发现，二维电子气的起源仍然存在很大争议，并且仍然存在几种可能的机制。在这里，我们回顾了主要提出的机制，并试图以定量的方式模拟预期的效果，更好地约束什么效果可以/不能解释所观察到的现象学的野心。我们这样做的现象学模型的框架内理解电子和/或氧化还原屏蔽氧化物异质结构中的化学电荷。我们还讨论了混合的效果，既保存和不保存的总化学计量。
2014-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extreme mobility enhancement of two-dimensional electron gases at oxide interfaces via charge transfer induced modulation doping
二维电子气（2DEG）的发现在两个绝缘复合氧化物，如LaAlO 3（LAO）或γ-Al 2 O3（GAO）外延生长在SrTiO 3（STO）1，2之间的界面，提供了一个机会，开发全氧化物电子器件3，4。这些2DEG在复杂的氧化物界面涉及多体相互作用，并产生了丰富的现象5，例如，超导性6，磁性7，8，可调金属-绝缘体过渡9，和相分离10。然而，界面电子迁移率的大幅提高仍然是复杂氧化物的基础和应用研究的主要和长期挑战11 -15。在这里，我们插入一个单一的单元电池绝缘层的极性La 1-xSrxMnO 3（x=0，1/8，和1/3）之间的界面无序LaAlO 3和晶体SrTiO 3在室温下创建。我们发现，界面的2DEG的电子迁移率提高了两个数量级以上。我们的原位和共振X射线光谱，除了透射电子显微镜的结果表明，锰氧化物层进行明确的电子重建，并导致调制掺杂这种原子工程复杂的氧化物异质界面。在低温下，调制掺杂的2DEG表现出清晰的Shubnikov-de Haas振荡和量子霍尔效应的初始表现，展示了前所未有的高迁移率和低电子密度氧化物2DEG系统。这些发现为氧化物电子学开辟了新的途径。
2015-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of Sr-doping of LaMnO3 spacer on modulation-doped two-dimensional electron gases at oxide interfaces
调制掺杂氧化物二维电子气（2DEG）在LaMnO 3（LMO）缓冲无序-LaAlO 3/SrTiO 3（d-LAO/LMO/STO）异质界面处形成，为电子学和量子物理学提供了新的机会。本文研究了Sr掺杂对La_（1-x）Sr_xMnO_3（LSMO，x=0，1/8，1/3，1/2和1）的依赖性，从而研究了Mn_（eg）子带的填充以及LSMO极性对d-LAO/LSMO/STO输运性质的影响。当LSMO薄膜厚度从1 μ c增加到2 μ c时，观察到界面导电的急剧的金属-绝缘体转变，与x无关。在2K下，所得的电子迁移率通常高于1900 cm 2 V-1 s-1，其随着x的减小而增加。另一方面，对于所有的金属d-LAO/LSMO（1 μ c）/STO界面，片载流子密度在6.9E1012~ 1.8E1013cm-2（0.01~ 0.03e/uc）范围内，并且在很大程度上与x无关。这些结果是一致的电荷转移诱导调制掺杂方案，并澄清了缓冲层的极性上的调制掺杂起着微不足道的作用。载流子密度的可忽略的可调谐性可能是由于在无序LAO的沉积过程中LSMO的还原，或者即使将LSMO的组成从LMO改变为SrMnO 3，LSMO/STO界面处的Mn 3d电子的能级也几乎没有变化。
2017-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Metal-Oxide Sensor Array for Selective Gas Detection in Mixtures
Intel Labs, Intel Corporation（英特尔公司英特尔实验室）
我们提出了一个单片，微加工，金属氧化物半导体（MOS）传感器阵列结合机器学习算法，以确定均匀混合物中的单个气体的独特指纹。该阵列包括四种不同的金属氧化物，并设计用于独立的温度控制和以多路复用方式从每个单独的像素读出。传感器像素被设计在非常薄的膜上以最小化热耗散，从而显著降低总功耗（$<$ 30 $μ$ W平均功率）。通过在不同温度下运行像素获得的高维数据用于训练我们的机器学习算法，其平均精度为$\sim$ 88 $\%$，用于高分辨率检测和估计均匀混合物中各个成分的浓度。虽然MOS传感器对各种气体的响应已经被证明，但是很少有研究调查这些传感器对包括几种气体的气体的均匀混合物的响应。我们证明了这一原则的二进制均匀混合物的臭氧和一氧化碳，这两个标准的污染气体。我们的研究结果表明，MOS元件的多样性以及在不同温度下变化和测量的能力对于预测混合物中单个气体的浓度至关重要，从而克服MOS传感器的关键限制-选择性差。我们的传感器阵列的小尺寸和微制造方法也适合CMOS集成，为可穿戴和便携式应用平台铺平了道路。
2021-02-25 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.app-ph
Are boron-nitride nanobelts capable to capture greenhouse gases?
本文利用xTB半经验紧束缚计算评估氮化硼及Möbius型氮化硼纳米带对九种温室气体的吸附，证明其均可有利捕获并具有差异化传感响应。
2024-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Persistent photoconductivity in 2-dimensional electron gases at different oxide interfaces
我们报告在黑暗中和光照下的三种不同的接口：LaAlO 3/SrTiO 3，LaGaO 3/SrTiO 3，和新的NdGaO 3/SrTiO 3异质结的传输特性。所有这些都具有钙钛矿结构、单个结构单元的绝缘性质、极性/非极性特性和用于导电性开始的四个晶胞的临界厚度。界面结构和电荷限制在NdGaO 3/SrTiO 3探测原子尺度分辨电子能量损失谱显示，类似于LaAlO 3/SrTiO 3，额外的电子电荷限制在约1.5 nm的厚度片存在于NdGaO 3/SrTiO 3界面。在黑暗中和辐射下进行的电输运测量显示出显着的相似性，并提供证据表明，光引起的持续扰动是一个固有的特有性质的三个调查氧化物为基础的极性/非极性界面。我们的工作设置了一个框架，了解以前的对比结果发现在文献中的光电导LaAlO 3/SrTiO 3和突出的持久光电导的起源和起源本身的导电性之间的连接。对光致亚稳态电子-空穴对的更好理解可能会直接揭示该系统的复杂物理特性以及最近提出的氧化物界面用于太阳能转换的前景。
2014-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhanced two dimensional electron gas charge densities at III-III/I-V oxide heterostructure interfaces
本文采用密度泛函理论研究了III-III/I-V氧化物界面的电子和原子重构。特别是，在这些界面处，观察到二维电子气（2DEG）的原型LaTiO 3/SrTiO 3异质结构的界面电荷密度的两倍。此外，示出的传导电子的带有效质量的显着减少，这表明可能的电子迁移率的增强是可以实现的。这些发现代表了化学调制2DEG的框架，从而提供了一个平台，通过该平台可以探索电子约束的基本物理学，并对现代微电子器件产生影响。
2012-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Quantum ATK Analysis and Detection of Toxic Gases Nitrogen Oxide using Pristine, Defective, and Doped Graphene
本研究针对一氧化氮有毒气体检测需求，探究原始、过渡金属掺杂及单空位缺陷石墨烯的传感性能，结合NEGF方法分析传感机制，发现缺陷石墨烯吸附能与灵敏度最优，为气体传感器研发提供了新方向。
2025-03-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Metallic and insulating interfaces of amorphous SrTiO3-based oxide heterostructures
复杂氧化物异质结构界面处的电导限制为探索纳米电子和纳米离子器件提供了新的机会。在这里，我们表明，金属界面可以实现在SrTiO 3基异质结构与各种绝缘覆盖层的非晶LaAlO 3，SrTiO 3和氧化钇稳定的氧化锆薄膜。另一方面，样品的非晶La 7/8 Sr 1/8 MnO 3薄膜上的SrTiO 3基板保持绝缘。界面电导率的结果从附近的界面形成的氧空位，这表明在SrTiO 3基板的表面上的氧化还原反应起着重要的作用。
2012-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic Photocatalysis Enables Selective Oxidative Coupling of Methane with Nitrous Oxide under Ambient Conditions
Stanford University School of Engineering（斯坦福大学工程学院）；Boston College（波士顿学院）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Stanford University School of Medicine（斯坦福大学医学院）
本研究通过等离子体光催化剂在常温下将甲烷和亚硝酸氮转化为C2和C3烃类，优化AuPd合金比例提升光捕获和C-H活化效率，抑制CO2生成。
2026-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Spinel ferrites: old materials bring new opportunities for spintronics
在过去的几年里，对钙钛矿氧化物的外延薄膜的深入研究经常揭示出令人兴奋的特性，如巨磁阻隧道效应和电场效应。尖晶石氧化物由于其更复杂的结构和由此产生的许多自由度而显得更加通用。在这里，我们表明，纳米NiFe2O4薄膜的钙钛矿衬底上的外延生长允许稳定的新的铁氧体相的性能显着不同的散装的。事实上，几纳米厚的NiFe2O4薄膜的饱和磁化强度至少是块状化合物的两倍，并且它们的电阻率可以根据生长条件按数量级进行调节。通过将这样薄的NiFe2O4层集成到自旋相关隧穿异质结构中，我们证明了这种多功能材料可以用于自旋电子学，无论是作为磁性隧道结中的导电电极，还是作为很少探索的隧道结类型中的自旋过滤绝缘屏障，称为自旋过滤器。因此，我们的研究结果为实现单片自旋电子学架构开辟了道路，该架构集成了单一材料的几个层，其中这些层以受控的方式进行功能化。
2005-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Band offsets at amorphous-crystalline $Al_2O_3-SrTiO_3$ oxide interfaces
在氧化物界面处形成的2D电子气（2DEG）为基础物理和器件应用提供了丰富的测试平台。虽然这一现象的物理起源的讨论仍在继续，最近发现的氧化物2DEG在非晶和结晶氧化物之间的非外延界面提供了有用的见解这一争论。此外，使用非晶氧化物提供了一种低成本的路线，实现2DEG的设备应用。在这项工作中，一个简单的模型系统的非晶-结晶氧化物界面的带偏移进行了研究。模型系统由生长在单晶（001）$SrTiO_3$上的非晶$Al_2O_3$组成。用X射线光电子能谱学研究了界面处的化学状态、带隙和带阶。发现界面附近的离子缺陷的密度低于检测限，并且发现界面是绝缘的。相对能带结构的分析产生显着的界面势垒，超过1.05 eV的空穴和2.0 eV的电子。空穴的势垒比已知的相关材料系统大得多，概述了使用非晶$Al_2O_3$作为有效和简单的绝缘体的前景，这是基于氧化物的场效应器件的重要构建块。
2018-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic Two-dimensional Electron Gases with Magnetic Doping and Proximity Effects
本文通过结合磁性原子掺杂与EuTiO3磁邻近效应，在EuTiO3/KTaO3界面制备出高矫顽场铁磁二维电子气，并揭示磁散射与弱反局域化的协同输运作用。
2025-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-driven sign interchange of surface two-dimensional electron and hole gases in KTaO3 thin film
自从LaAlO 3/SrTiO 3界面二维电子气的发现以来，钙钛矿氧化物中的二维载气因其能承载许多重要现象并可能用于制备新型功能器件而引起了人们的极大关注。在这里，我们表明，有一对表面二维电子和空穴气体在KTaO 3薄膜，它们可以通过施加双轴应力进行调谐。对于增加的压缩面内应变，2D载流子浓度下降到零，然后形成一对新的表面2D电子和空穴气体，并且载流子符号互换。我们的分析表明，这种载流子符号交换的发生是因为增加的压缩应变反转沿[001]方向的单层分辨静电势的斜率。此外，我们还提出了应变相关的载流子浓度和有效质量和它们的厚度依赖性，并表明，表面二维载气和它们的应变驱动的符号交换可以持续，即使在存在的覆盖层和外延衬底。这些现象对设计新型功能器件具有一定的指导意义。
2018-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Chemical state detection and charge transfer in complex oxide heterostructures via in situ Auger Electron Spectroscopy
University of Southern California（南加州大学）
本研究通过原位Auger电子能谱技术，实现了对复杂氧化物异质结构中氧化状态和电荷转移过程的高精度检测，为界面化学的监控与控制提供了新的方法。
2025-12-27 cond-mat.mtrl-sci
A high-mobility two-dimensional electron gas at the heteroepitaxial spinel/perovskite complex oxide interface of γ-Al2O3/SrTiO3
在两种绝缘钙钛矿型氧化物（如LaAlO 3和SrTiO 3）之间的异质界面处发现二维电子气（2DEG）为新一代全氧化物电子和光子器件提供了机会。然而，界面电子迁移率的显着改善超过约1,000 cm 2 V-1 s-1（在低温下）的电流值，仍然是一个关键的挑战，基础以及应用研究的复合氧化物。在这里，我们提出了一种新的类型的二维电子气之间的异质界面SrTiO 3和尖晶石γ-Al 2 O 3外延膜具有良好的质量和兼容的氧离子亚晶格。该尖晶石/钙钛矿氧化物异质界面具有比钙钛矿/钙钛矿氧化物界面高一个数量级以上的电子迁移率，并表现出明确的二维导电特性，如通过观察量子磁阻振荡所揭示的。此外，我们发现，尖晶石/钙钛矿2DEG的结果从界面稳定的氧空位，并被限制在一个层内的0.9 nm的异质界面附近。我们的研究结果为复杂氧化物介观物理的研究和高迁移率全氧化物电子器件的设计铺平了道路。
2013-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative 3D mapping of chemical defects at charged grain boundaries in a ferroelectric oxide
氧化物界面的极性不连续性和结构变化可以引起各种各样的电子和离子现象。在外延系统中，包括铁电畴壁和超晶格中的界面，相关的效应已经被深入研究。在这里，我们研究多晶铁电ErMnO3中的极性不连续性和晶界处的局部化学之间的关系。使用取向映射和不同的扫描探针显微镜技术，我们表明，多晶材料开发带电的晶界增强电子电导。通过进行原子探针断层扫描测量，我们发现在所有的晶界的铒和氧的耗尽的富集。所观察到的组成变化转化为超过可能的极化驱动效应的电荷，表明结构现象而不是静电决定了局部化学组成和电子输运行为的相关变化。研究表明，带电晶界的行为明显不同于带电畴壁，在极性氧化物界面的性能工程提供了额外的机会。
2023-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electronic phenomena at oxyfluoride KTaO$_3$/K$M$F$_3$ ($M$ = Zn and Ni) superlattices: Rashba splitting and 2DEG
在这里，我们提出了两种不同的氧化物/氟化物钙钛矿超晶格，KTaO $_3$ /KZnF $_3$和KTaO $_3$ /KNiF $_3$的结构和电子自由度的理论分析。利用第一性原理计算，我们发现了二维电子（2DEG）和空穴（2DHG）气体的出现，它们是不同原始材料层数的函数。我们证明了KTO/K $M$ F超晶格的声子动力学在这些效应的出现中起着至关重要的作用。此外，我们的结果揭示了与另一种氧化物/氧化物对应物相比，这些界面处存在相当大的Rashba型自旋分裂。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Tuning two-dimensional electron (hole) gases at LaInO$_{3}$/BaSnO$_{3}$ interfaces: Impact of polar distortions, termination, and thickness
二维电子气体（2DEG），由于透明导电氧化物之间的界面处的量子限制而产生，在电子应用方面受到了极大的关注。挑战在于找到一种材料系统，该材料系统在室温甚至高于室温下都表现出高电荷载流子密度和迁移率。在这里，我们探讨了潜在的界面形成的两个晶格匹配的宽间隙氧化物的新兴利益，$\textit{i.e.}$，极性，正交钙钛矿LaInO $_{3}$和非极性，立方钙钛矿BaSnO $_{3}$，采用密度泛函理论和多体理论。我们证明了这种材料组合具有达到目标的所有关键特征。对于周期性的异质结构，我们发现，在界面处的极性不连续性主要是补偿电子弛豫通过电荷转移从LaInO $_{3}$的BaSnO $_{3}$侧。这导致形成由高度分散的$s$衍生的导带和具有$p$特征的2D空穴气所承载的2DEG，其强烈地定位在LaInO $_{3}$内部。值得注意的是，通过八面体倾斜的结构畸变引起抵消极性不连续性的去极化场，从而增加了形成2DEG所需的$critical$（最小）LaInO $_{3}$厚度，$t_c$。这些极性扭曲随着LaInO $_{3}$厚度的增加而减小，增强了极性不连续性，并导致每个单元电池表面0.5个电子的2DEG密度。有趣的是，在非周期性异质结构中，这些畸变导致$t_c$的降低，从而增强和离域2DEG。我们合理化极性失真，终止，和厚度可以利用鉴于定制的2DEG特性，以及为什么这种材料是优…
2022-01-21 cond-mat.mtrl-sci
One-Dimensional Twisted and Tubular Structures of Zinc Oxide by Semiconductor-Catalyzed Vapor-Liquid-Solid Synthesis
探索用于一维（1-D）材料的气-液-固（VLS）合成的新催化剂有望产生新的形貌和功能。在这里，我们表明，模型ZnO系统，这可能使用半导体（Ge）催化剂。特别是，两个不寻常的形态描述：扭曲的纳米线和扭曲的纳米管，除了通常的直纳米线。扭曲的纳米管显示出大的中空芯和令人惊讶的高扭曲率（高达9 o/μm），这不能容易地通过Eshelby扭曲模型来解释。非原位和原位透射电子显微镜测量的组合表明，在合成过程中的Ge-ZnO界面的生长和蚀刻之间的竞争的结果的空心。扭转率与弹性刚度的软化是一致的。这些结果表明，使用非常规的非金属催化剂提供了合成具有潜在有用性质的不寻常的氧化物结构的机会。
2020-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic double perovskites: Opportunities, Issues and Challenges
尽管磁电多铁性材料在技术和科学上具有重要意义，但在室温下良好控制磁电多铁性材料的耦合行为仍然具有挑战性。我们证明了自有序的A2 BBO 6（例如，A = La，B = Mn和B = Ni）双钙钛矿提供了控制和/或诱导氧化物中的这种行为的独特的替代机会。在本文中，我们概述并讨论了这类材料使用La 2NiMnO 6作为原型的各种挑战和瓶颈问题。详细的合成策略，使用脉冲激光沉积作为一个中心工具，以获得细致的控制阳离子订购说明。讨论了Ni/Mn阳离子有序化对磁性基态、铁磁转变温度、声子行为和自旋-声子耦合的可能影响。我们的研究结果也与目前文献中的相关化合物。
2009-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Film structure of epitaxial graphene oxide on SiC: Insight on the relationship between interlayer spacing, water content, and intralayer structure
在碳化硅上生长的多层石墨烯的化学氧化产生的膜表现出可再现的特性，横向均匀性，大面积的光滑度和可管理的化学复杂性，从而打开机会，以加速这种形式的氧化石墨烯膜的基本理解和技术应用。在这里，我们调查这些超薄氧化膜的垂直层间结构。X射线衍射、原子力显微镜和IR实验表明，多层膜表现出优异的层间配准，少量（<10%）的插层水，以及约9.35 μ m的出乎意料的大的层间分离。密度泛函理论计算表明，“氧化石墨烯膜中水少但层间距大”的明显矛盾可以通过考虑由碳层形成的多层膜来解释，该多层膜在纳米级上呈现非均匀氧化，其中非氧化和高度氧化的纳米-畴共存，并且其中在堆叠层的氧化区域之间捕获的少量水分子足以解释所观察到的大的层间分离。这项工作揭示了在碳化硅上生长的氧化石墨烯薄膜的垂直和层内结构，更一般地说，它提供了关于石墨烯/氧化石墨材料的层间间距，水含量和结构之间关系的新见解。
2014-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Spin-charge interconversion in KTaO$_3$ two-dimensional electron gases
氧化物界面表现出广泛的物理效应源于破缺反转对称性。特别地，当时间反演对称性也被破坏时，它们可以显示非互易现象，例如，通过施加磁场。例子包括允许自旋电流和电荷电流之间相互转换的直接和逆Edelstein效应（DEE，IEE）。在基于钙钛矿SrTiO $_3$（STO）的界面中研究了DEE和IEE，尽管在单独的研究中集中于一个或另一个。这些效果的演示仍然大多难以捉摸的其他氧化物界面系统，尽管他们在过去的十年中蓬勃发展。在这里，我们报告的DEE和IEE在一个新的界面二维电子气（2DEG）的钙钛矿氧化物KTaO $_3$的基础上观察。我们通过简单的Al金属沉积到KTaO $_3$单晶上产生2DEG，通过角分辨光电子能谱和磁输运对其进行表征，并通过单向磁电阻和自旋泵浦实验证明DEE和IEE。我们比较的自旋-电荷相互转换效率与基于STO的接口，将其与2DEG电子结构，并给出了实施的KTaO $_3$ 2DEG自旋轨道电子器件的前景。
2021-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation and Control of Surface Termination in Perovskite Oxide Heterostructures
量子材料的界面行为导致了诸如二维电子气、量子相变和亚稳功能相等涌现现象。用于原位和实时表面敏感表征的探针对于外延合成的主动监测和控制以及因此异质结构和超晶格的原子尺度工程至关重要。终端切换，特别是作为一个界面的过程中的三元复合氧化物，已被研究使用各种探针，往往是非原位，然而，这种现象的直接观察是缺乏的。为了解决这个问题，我们建立了原位和实时反射高能电子衍射和俄歇电子能谱脉冲激光沉积，提供薄膜沉积过程中的表面结构和成分信息。利用这种独特的能力，我们表明，第一次，直接观察和控制表面终止在复杂的氧化物异质结构的SrTiO 3和SrRuO 3。密度泛函理论计算捕获所观察到的结构的能量和稳定性，并阐明其电子行为。该演示开辟了一种新的方法来监测和控制原子尺度的材料组成，使下一代异质结构能够控制新兴现象，以及电子，光子学和能源应用。
2021-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Oxide two-dimensional electron gas with high mobility at room-temperature
二维电子气（2DEG）在室温下具有高迁移率的宽带隙钙钛矿锡酸盐的前景是诱人的氧化物电子学，特别是实现透明和高电子迁移率晶体管。尽管如此，迄今为止，只有少数研究报道了基于BaSnO 3的异质结构中的2DEG。在这里，我们报告的2DEG形成在LaScO 3/BaSnO 3（LSO/BSO）的界面与室温迁移率为60厘米2/V秒，载流子浓度为1.7x1013 cm-2。这是一个数量级更高的流动性在室温下比实现SrTiO 3-基2DEG。我们实现了这一点，通过结合一个厚的BSO缓冲层与非原位高温处理，这不仅降低了位错密度，而且还产生了SnO 2终止的原子级平坦的表面，随后由上覆BSO/LSO界面的生长。利用弱束暗场成像和同轴电子全息技术，我们揭示了减少的线程位错密度，并提供直接证据的空间限制的2DEG在BSO/LSO界面。我们的工作开辟了一条新的途径，探索在氧化物纳米电子学的应用相关温度下基于锡酸盐的2DEG的令人兴奋的物理学。
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Growth of Oxide Compounds under Dynamic Atmosphere Composition
市售气体含有残余杂质，导致背景氧分压通常为几个10^{-6}巴，与温度无关。这种氧分压对于某些单晶的生长是不合适的，在这些单晶中，所需的氧化态具有窄的稳定域。平衡热力学计算允许确定动态气氛组合物产生这种自我调节和温度依赖的氧分压，晶体如ZnO，Ga 2 O 3，或Fe{1-x}O可以从熔体中生长。
2008-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Perspective: Heusler interfaces -- opportunities beyond spintronics?
赫斯勒化合物，在立方和六方多晶型，表现出显着的电子，磁性，弹性和拓扑性质的范围内，竞争的过渡金属氧化物。迄今为止，对这些量子材料的研究主要集中在体磁和热电性质或自旋电子学中的应用。然而，更广泛地说，Heuslers提供了一个平台，用于发现和操纵定义明确的晶体界面处的涌现特性。在这里，分层Heusler异质结构的外延生长的进步的动机，我提出了一个愿景Heusler接口，专注于超越自旋电子学的前沿和挑战。在技术上重要的半导体衬底（如GaAs、Ge和Si）上外延生长这些材料的能力为它们与现代电子学的集成提供了直接途径。进一步的发展将需要新的方法来控制化学计量和缺陷的“电子级”的质量，并控制界面的不规则性和原子尺度上的有序性。
2019-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Orbital selective switching of ferromagnetism in an oxide quasi two-dimensional electron gas
准二维电子气（q2 DEG）中的多轨道物理触发了在大块材料中未观察到的独特现象，例如非常规超导性和磁性。在这里，我们研究了在LaAlO $_{3}$，EuTiO $_{3}$和SrTiO $_{3}$带绝缘体之间的（001）界面处形成的氧化物q2 DEG中自旋极化的轨道选择性切换机制。通过使用密度泛函理论计算、输运、磁性和X射线光谱测量，我们发现EuTiO 3层中以及与SrTiO 3的界面处具有3d $_{xz,yz}$轨道特征的钛带填充导致Eu-4f $_{3}$之间交换相互作用的反铁磁到铁磁切换。$^{7}$的磁矩。结果解释了在该q2 DEG中观察到的载流子密度依赖的铁磁相关性和异常霍尔效应，并展示了理论和实验相结合的方法如何能够更深入地理解新颖的电子相，并作为先进电子应用的材料设计的指导。
2021-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Oxide Thin Films with High Entropy and Anomalous Crystallinity
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学）
本综述结合脉冲激光沉积的生长动力学与外延约束，聚焦岩盐型MgCoNiCuZnO等体系，揭示高熵氧化物薄膜异常结晶性的成因，为功能构型设计提供了新机遇。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Tunable dislocations overcome mechano-functional tradeoff in perovskite oxides
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
研究通过调控位错密度，在铁电氧化物中实现机械性能与功能性的平衡，揭示了位错密度依赖的非单调机械响应及热导率与机械强度的权衡。
2026-04-05 cond-mat.mtrl-sci
High pressure bulk synthesis of InN by solid state reaction of binary oxide in a multi-anvil apparatus
我们提出了一种新的方法来合成块体氮化铟通过一个简单的固态化学反应进行的流体静力高压/高温条件下，在多砧装置，不涉及气体或溶剂在该过程中。反应发生在二元氧化物$In_2O_3$和作为氮源的粉末形式的高反应性$Li_3N$之间。通过粉末X射线衍射成功地证实了在350 °C和P $\geq$ 3 GPa下形成InN的六方相，其中存在$Li_2O$作为独特的副产物。在弱酸性溶液中进行简单的洗涤过程，然后离心，可以获得作为沉淀物的纯InN多晶粉末。利用类似的过程，可以在T $\geq$ 600 ℃和P $\geq$ 2.5 GPa下由$Ga_2O_3$和$Li_3N$获得纯的块状GAN。这些结果指出，特别是对于InN，一种清洁和创新的方式来生产大量的电子和能源技术领域最有前途的氮化物之一。
2023-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Compositionally Complex Perovskite Oxides as a New Class of Li-Ion Solid Electrolytes
复合陶瓷（CCC），包括高熵陶瓷（HEC）作为一个子类，提供了新的材料发现的机会，超越了传统的方法，寻找新的化学计量的化合物。在此，我们通过（1）非等摩尔组成设计和（2）控制微结构和界面的无缝组合建立了定制CCC的新策略。以全固态电池的氧化物固体电解质为例，我们通过发现一类新的成分复杂的钙钛矿氧化物（CCPO）来验证这些新策略，以显示提高离子电导率超出常规掺杂限制的可能性。为例（在所检查的28个CCPO中），我们证明，通过保持相当的电化学稳定性，与现有技术的（Li 0.375Sr 0.4375）（Ta 0.75Zr 0.25）O3-δ（LSTZ）基线相比，（Li 0.375Sr 0.4375）（Ta 0.375Nb 0.375Zr 0.125Hf 0.125）O3-δ中的离子电导率可以提高>60%。此外，离子电导率可以通过晶界（GB）工程再提高>70%，达到LSTZ基线的>270%。这项工作为设计和定制HEC和CCC提出了变革性的新策略，从而为发现用于储能和许多其他应用的材料打开了新的窗口。
2022-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Subband structure of two-dimensional electron gases in SrTiO3
复合氧化物异质结构中两个平行的二维电子气（2DEG）之间的隧道效应被用来探测2DEG的子带结构，该异质结构中含有约3 × 10^14 cm^-2的大移动电子密度。温度相关的电流-电压测量进行SrTiO 3/GdTiO 3/SrTiO 3结，其中GdTiO 3作为隧道势垒，每个接口包含一个高密度的2DEG。共振隧穿特征的电导和其衍生物发生时，在势垒的任何一侧的子带对齐的能量作为所施加的偏压的变化，并用于分析子带的能量间距在两个2DEG。我们表明，结果基本上同意最近的理论预测，这样的接口。
2013-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diluted Oxide Interfaces with Tunable Ground States
两种氧化物绝缘体之间的金属界面，如LaAlO 3/SrTiO 3（LAO/STO），为电子学和自旋电子学提供了新的机会。然而，由于存在多个轨道布居，定制的界面性质，如基态和金属-绝缘体转变仍然具有挑战性。在这里，我们报告了一个不可预见的可调性的相图LAO/STO合金LAO与铁磁性的LaMnO 3绝缘体，而不形成晶格无序，并在同一时间不改变系统的极性。通过增加Mn掺杂量x，LaAl_（1-x）Mn_xO_3/STO界面在x = 0.225处发生Lifshitz转变，临界载流子密度nc= 2.8E13 cm-2，超导转变温度峰值TSC =255 mK。此外，LaAl 1-xMnxO 3在x >=0.25时变成铁磁性。值得注意的是，在x = 0.3时，金属界面仅由dxy电子填充，并且就在它变得绝缘之前，我们可重复地实现了具有超导性和明显的异常霍尔效应的特征的相同器件。这提供了一种独特而有效的方法来定制氧化物界面，用于设计按需电子和自旋电子器件。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Probing Emergent Surface and Interfacial Properties in Complex Oxides via in situ X-ray Photoelectron Spectroscopy
在过去的二十年里，复杂氧化物界面的涌现行为推动了氧化物薄膜界的大量研究。界面已经被设计用于自旋电子学、拓扑量子计算和高速电子学中的潜在应用，在这些情况下，体材料不会表现出所需的性质。薄膜生长的进步使得这些界面的合成成为可能，而表面表征工具如X射线光电子能谱学对于理解这些材料中的表面和界面现象至关重要。在这篇综述中，我们讨论了在氧化物领域的领先研究在过去的5-10年，重点是连接的关键结果，使他们能够X射线光电子能谱学研究。我们描述了如何在原位集成的合成和光谱可以用来改善薄膜的生长过程中，并立即进行专门定制的界面异质结构的实验。这些研究可以包括界面混合、价带排列和界面电荷转移的测定。我们还展示了如何在同步加速器为基础的光谱技术的进步，回答了不能在实验室为基础的系统解决的问题。通过进一步捆绑在一起的合成和光谱，通过原位技术，我们的结论是讨论未来的机会，在该领域通过精心设计的薄膜异质结构，优化X射线研究。
2020-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Non-volatile electric control of spin-orbit torques in an oxide two-dimensional electron gas
本文在氧化物Rashba-Edelstein二维电子气中实现了自旋轨道矩的非易失性电场控制，获得1064%电阻对比度的可切换状态，并验证了其与磁隧道结集成的兼容性。
2022-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Quantization of Hall Resistance at the Metallic Interface between an Oxide Insulator and SrTiO$_{3}$
在氧化物绝缘体和SrTiO 3之间的界面处形成的二维金属为氧化物电子学提供了新的机会。然而，量子霍尔效应，其中一个最迷人的效果，电子限制在两个维度，仍然在这些复杂的氧化物异质界面探索不足。在这里，我们报告的调制掺杂的非晶LaAlO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$异质结构的基础上，SrTiO 3异质界面中的量子化霍尔电阻的实验观察，它具有高电子迁移率超过10000厘米$^{2}$ /Vs和低载流子密度的顺序为~10 $^{12}$ cm $^{-2}$。随着明确的Shubnikov-de Haas振荡，量子化霍尔电阻的间距表明，界面是由一个量子阱与10个平行的导电二维子带。这为导电氧化物界面的电子结构提供了新的见解，并代表了设计和理解先进氧化物器件的重要一步。
2016-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extreme disorder in crystalline perovskite oxide: a new paradigm in quantum materials research
IISc（印度科学学院）
研究钙钛矿氧化物中极端无序现象，探讨高熵氧化物对材料设计的影响，总结其电子和磁性性质的最新进展与未来研究方向。
2025-12-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Transparent perovskite barium stannate with high electron mobility and thermal stability
透明导电氧化物（TCO）和透明氧化物半导体（TOS）已成为信息和能源技术中从透明电极到有源电子元件的各种应用的必要材料。过氧化锡酸钡（BaSnO 3）是一种新型TCO或TOS体系，由于其高电子迁移率、优异的热稳定性、高透明性、结构多样性和室温下灵活的掺杂可控性，是实现光电子器件和观察新型电子量子态的潜在平台。本文综述了掺杂BaSnO_3体系的最新研究进展，讨论了其广泛的物理性质、电子散射机制以及pn二极管和场效应晶体管等关键半导体器件的演示。此外，我们讨论的途径，以实现二维电子气之间的界面BaSnO3和其他钙钛矿氧化物和描述剩余的挑战，观察新的量子现象在异质界面。
2017-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the electronic properties at the surface of BaBiO3 thin films
氧化物薄膜表面或界面二维电子气的存在一直是凝聚态物理研究的热点。特别地，BaBiO 3表现为非常有趣的系统，因为理论上提出，如果实现Bi-终止，则其（001）表面应当变成金属性的（Vildosola等人，PRL 110，206805（2013））。在这里，我们报告的制备脉冲激光沉积和表征硅上的BaBiO 3薄膜。我们表明，薄膜的纹理可以通过控制生长条件进行调整，有可能稳定强烈的（100）织构薄膜。我们发现（100）织构薄膜和非织构薄膜的光谱和输运性质存在显著差异。我们通过第一性原理计算合理化这些实验结果，表明在（100）表面存在电子掺杂。这使Bi离子稳定在3+状态，缩短了Bi-O键并降低了电子带隙，增加了表面电导率。我们的研究结果强调了表面效应对钙钛矿电子性质的重要性，并提供了设计具有潜在界面相关二维电子气的新型氧化物异质结构的策略。
2016-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Films and Devices of Transparent Conducting Oxides: La:BaSnO$_3$
本文综述La掺杂锡酸钡（La:BaSnO₃）外延薄膜的材料科学与器件物理进展，讨论低缺陷合成、输运特性与能带结构关联、光学特性及场效应晶体管与二维电子气应用潜力。
2024-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Trends of epitaxial perovskite oxide films catalyzing the oxygen evolution reaction in alkaline media
析氧反应（OER）被认为是电化学能量转换的关键反应，但缓慢的动力学阻碍了在电解槽、金属-空气电池和其他依赖于来自水氧化的可持续质子的应用中的应用。在这篇评论中，外延钙钛矿氧化物的OER在室温下在碱性介质中的前景进行了审查方面的基本洞察系统的活动趋势。首先，我们彻底定义了钙钛矿结构及其参数空间。然后，用于使电催化外延钙钛矿氧化物的合成方法进行了调查，我们分类的不同类型的电极，可以组装的电催化研究。我们讨论了半导体物理的外延钙钛矿电极及其后果的催化结果的解释。介绍了OER的原型机制，并进行了比较讨论。全面调查了外延钙钛矿氧化物的OER调查，并以图形方式突出显示了选定的趋势。综述的结论与外延钙钛矿氧化物系统的未来电催化研究的机会，一个简短的前景。
2020-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles study of two-dimensional electron and hole gases at the head-to-head and tail-to-tail 180$^\circ$ domain walls in PbTiO$_{3}$ ferroelectric thin films
我们从第一性原理研究了孤立的独立PbTiO $_{3}$板中头对头（HH）和尾对尾（TT）180 $^\circ$畴壁的结构和电子性质。对于足够厚的域（$n$ = 16个PbTiO $_{3}$晶胞），观察到电荷从自由表面转移到域壁以形成局部电子（在HH中）和空穴（在TT中）气体，以屏蔽束缚极化电荷。这个电子重建背后的静电驱动力是清晰可见的，从平滑的自由电荷密度和束缚电荷分布之间的完美匹配，计算从晶格自由度的松弛后获得的极化曲线的有限差分。大约六个晶胞的畴壁宽度大于常规的180 $^\circ$中性构型。由于在我们的模拟中没有引入氧空位、缺陷或掺杂剂原子，所以所有先前的物理量都是系统的内在极限。我们的研究结果支持存在一个额外的来源的电荷在域壁解释增强的导电性观察到在一些域壁的原型，绝缘体，钙钛矿氧化物。
2020-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Two-step conversion of metal and metal oxide precursor films to 2D transition metal dichalcogenides and heterostructures
本综述系统介绍了制备二维过渡金属二硫族化合物的两步转化法，梳理了工艺各环节的影响变量，阐明其多衬底沉积、低温加工等优势，并展望了其在电子、传感、光电器件及能源催化等领域的应用潜力。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Beam Writing of Atomic-Scale Reconstructions at Oxide Interfaces
提出利用STEM电子束在独立SrTiO₃薄膜与承载衬底间隙中原位写入离子键晶体的方法，实现原子级锐利界面重构，为非外延构筑新型氧化物异质结构提供新途径。
2024-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal Oxide-based Gas Sensor Array for the VOCs Analysis in Complex Mixtures using Machine Learning
Indian Institute of Science Education and Research Thiruvananthapuram（蒂鲁文南塔普拉姆印度科学教育与研究院）；Indian Institute of Information Technology Lucknow（勒克瑙印度信息技术学院）；Indian Institute of Technology Patna（巴特那印度理工学院）；University of Twente（特文特大学）
本文提出一种基于三个金属氧化物电极的传感器阵列，结合KNN等多种机器学习算法，实现对复杂混合物中四种VOCs的高精度分类与浓度预测，准确率超99%，为非侵入式疾病早期诊断与治疗监测提供有效方案。
2024-02-14 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.app-ph
Correlation-driven eightfold magnetic anisotropy in a two-dimensional oxide monolayer
二维系统中的工程磁各向异性具有巨大的科学和技术意义。二维磁体普遍表现出的单轴各向异性只有两个稳定的自旋方向，需要在状态之间进行180度的自旋切换。通过在（SrRuO3）1/（SrTiO3）N超晶格中诱导自旋重取向，我们发现了磁性SrRuO3单层膜的八重各向异性，其中Ru自旋的易磁化轴由单轴方向（N = 1和2）转变为八重方向（N = 3，4，5）.<001><111>这种八重各向异性使71和109度的自旋开关SrRuO3单层，类似于71和109度的铁电BiFeO3极化开关。第一性原理计算表明，增加SrTiO 3层的厚度诱导紧急相关驱动的轨道有序，调谐自旋轨道相互作用和重新定向的SrRuO 3单层易轴。我们的工作表明，可以利用相关效应来大幅改变自旋轨道相互作用，稳定二维磁体中前所未有的特性，并为低功耗，多态器件应用开辟丰富的机会。
2020-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Large Out-of-plane Polarization in Two-dimensional Bi2O3 Monolayers Predicted by an AI-driven Inverse-design Workflow
Ningbo University（宁波大学）；Shanghai Dianji University（上海电机学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本研究结合逆向设计、机器学习原子间势与第一性原理计算，预测出两种具有大面外极化的新型二维Bi₂O₃极性单层，为高极化二维氧化物设计提供了新方向。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Insights into Chemical and Structural Order at Planar Defects in a Functional Oxide Using Multislice Electron Ptychography
本文利用多层电子叠层衍射成像技术对Pb2MgWO6双钙钛矿中的化学反相边界进行三维表征，揭示了其倾斜结构、化学互混及类反铁电畸变，并结合DFT计算阐明了其形成机制与工程应用潜力。
2024-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Low-frequency Phonon at Perovskite Oxide Interface Studied by Surface-specific Nonlinear Terahertz Spectroscopy
低频集体激发在许多新的涌现现象中起着至关重要的作用，它通常发生在太赫兹或多太赫兹波段。尽管大量的研究，这种激励在接口的检测仍然具有挑战性，由于缺乏可行的实验技术。在这里，我们表明，界面的低频模式可以使用表面特定的非线性太赫兹光谱。该技术采用脉冲内差频混频（DFM）技术，可以将二阶光谱扩展到太赫兹范围。作为示范，SrTiO 3（001）在2.8 THz的表面声子被成功地测量。这种表面极化起源于界面处的氧空位或电荷转移的过量。我们还开发了一个分析程序，用于在实际环境中的复杂氧化物的界面电位的远程测量。我们的方法提供了新的机会，在广泛的学科接口的低频激发的原位研究。
2022-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
$ \mathrm{Sr}_{4}\mathrm{Al}_{2}\mathrm{O}_{7}$: A New Sacrificial Layer with High Water Dissolution Rate for the Synthesis of Freestanding Oxide Membranes
针对自支撑氧化物薄膜转移耗时较长的问题，本研究提出新型水溶性牺牲层Sr4Al2O7，其溶解速率比Sr3Al2O6高约10倍，显著提升了薄膜制备效率，为钙钛矿氧化物在电子器件中的集成提供了新思路。
2023-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale 3D imaging of individual dopant atoms in a complex oxide
少量的掺杂剂原子可以完全改变主体材料的物理性质。例如，化学掺杂控制了半导体的电子输运行为，并在氧化物中引起了广泛的电磁现象。然而，轻掺杂系统中单个掺杂剂原子的成像仍然是一个重大挑战，阻碍了确定原子尺度物理学的特定位点效应和局部掺杂剂浓度的表征。在这里，我们应用原子探针层析成像（APT），以解决个别钛原子在窄带隙半导体ErMnO 3的标称比例为0.04原子%。我们的3D成像测量的Ti浓度在晶胞水平，提供有关的ErMnO 3晶格内的掺杂剂分布的定量信息。高分辨率APT图揭示了单个Ti原子的3D晶格位置，表明它们位于Mn层内，没有聚类或其他化学不均匀性的迹象。单个掺杂剂原子的3D原子尺度可视化为复杂氧化物中局部结构-性质关系的研究提供了新的机会，代表了在下一代氧化物电子学中控制掺杂剂驱动的量子现象的重要一步。
2021-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
