Dominant scattering mechanisms in the low/high electric field transport in cryogenic 2D confinement in Silicon (110) with high-$κ$ oxides
National Taiwan University（台湾大学）；Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd.（台湾积体电路制造股份有限公司）
通过多谷蒙特卡洛模拟研究硅(110)系统中的电子输运，揭示低温下低电场时迁移率由远程库仑散射和表面粗糙度散射竞争决定，高电场时声子发射主导限制速度增强。
2026-07-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Possible mechanisms of electronic phase separation in oxide interfaces
已知LaAlO 3/SrTiO 3和LaTiO 3/SrTiO 3界面具有强不均匀（几乎）二维电子气（2DEG）。在这项工作中，我们提出了三个非常规的电子机制的电子相分离（EPS）在2DEG作为一个可能的来源，在氧化物界面的不均匀性。所有三种机制的共同点是一些（相互作用）势对2DEG密度的依赖性。我们首先考虑一个相当大的密度依赖Rashba自旋轨道耦合的机制。其次，我们指出，EPS也可能发生在密度依赖的超导配对相互作用的情况下。最后，我们表明，由密度相关的，自洽的静电势的界面的二维电子气的限制本身可以引起EPS。
2015-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Detection of confined current paths on oxide surfaces by local-conductivity atomic force microscopy with atomic resolution
过渡金属氧化物是未来纳米电子学的关键材料，其电子表面性质的分析需要以最高的空间分辨率直接表征其电导率。使用局部电导率原子力显微镜（LC-AFM），我们证明了记录电流图与真正的原子分辨率的可能性。将该技术应用于还原TiO $_2$和SrTiO $_3$的表面，发现其表面电导率分布具有明显的局域性。借助于密度泛函理论，我们提出在这种材料的表面层中存在的氧空位可以引入电子结构的短程扰动，并在纳米尺度上限制金属态。
2016-11-23 cond-mat.mes-hall
Insights on the mechanism of water-alcohol separation in multilayer graphene oxide membranes: entropic versus enthalpic factors
实验证据表明，氧化石墨烯（GO）可以是不可渗透的液体，蒸汽和气体，而它允许水分子的快速渗透。对过滤机制的理解主要来自于对水脱盐的研究，而很少有人致力于蒸馏酒精。在这项工作中，我们已经调查了分子水平的机制，乙醇/水分离内GO膜。通过一系列分子动力学和巨正则蒙特卡罗模拟研究了乙醇/水和甲醇/水通过由具有不同层间距值和含氧官能团数目的多层石墨烯基片组成的GO膜的分离。我们的结果表明，尺寸排阻和膜亲和性不足以解释的选择性。除此之外，GO 2D通道内形成稳固氢键网络的有利水分子排列和快速水扩散对于有效分离机制至关重要。换句话说，分离现象不仅受与膜的亲和力（亲合力机制）支配，而且主要受几何和尺寸因素（熵机制）支配。我们验证了具有最佳层间距的二维几何通道是设计更有效的醇-水分离膜的关键因素。我们的研究结果与现有的实验数据是一致的，并有助于澄清在GO膜中的受限醇/水的分离行为的重要方面。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Nanoscale Electrostatic Control of Oxide Interfaces
我们开发了一个强大的和通用的平台，通过图案化的顶栅在氧化物界面定义纳米结构。以LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$为模型体系，研究了电子在导电界面纳米尺度区域的可控静电约束。出色的栅极响应、超低漏电流和长期稳定性使我们能够在室温至50 mK的不同器件几何形状下进行各种研究。使用分裂栅器件，我们证明了形成一个狭窄的导电沟道，其宽度可以通过施加适当的栅极电压可控地减少。我们还表明，一个单一的窄门可以用来诱导局部超导绝缘过渡。此外，在超导制度中，我们看到了门电压控制约瑟夫森效应的迹象。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall
Voltage tunable quantum dot array by patterned Ge-nanowire based metal-oxide-semiconductor (MOS) devices
半导体量子点（QD）被认为是广泛的先进和新兴技术的主要单元，包括电子学、光电子学、光电子学和生物传感应用以及基于q比特的量子信息处理领域。这种量子点适合于几种新的器件应用，因为它们具有独特的性质，即限制载流子三维地产生离散的量子态。然而，在实践中实现这样的量子点表现出严重的挑战，关于其在阵列中的制造具有所需的可扩展性和可重复性以及在室温下对量子态的控制。在这种情况下，目前的工作报告的高度缩放的Ge纳米线（半径~25 nm）的垂直金属氧化物半导体器件，可以在室温下作为电压可调量子点的阵列的制造。这种纳米线中的电子在径向方向上经历几何限制，然而，它们可以通过调节所施加的偏压而被轴向限制，以便操纵量子态。这种电子的量子限制已经从在相对低的频率（200 kHz）下的室温电容-电压（C-V）特性中的阶跃状响应中得到证实。已经观察到每个这样的步骤包括占据~6个电子电荷的量化态的卷积。这种载流子限制的细节进行了分析，在目前的工作中，通过理论建模的非平衡格林函数（NEGF）形式主义的基础上的设备的输运特性。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantized conductance in a one-dimensional ballistic oxide nanodevice
二维电子气（2-DEG）的电场效应控制使得半导体中纳米级电子量子输运的探索成为可能。除了这些经典的材料，过渡金属氧化物为基础的结构具有d-电子态，有利于传统半导体中缺乏的新量子秩序的出现。在这种情况下，LaAlO 3/SrTiO 3界面，结合栅极可调超导性和相当大的自旋轨道耦合正在成为一个有前途的平台，实现拓扑超导性。然而，制造纳米器件，其中该氧化物界面的电子性质可以通过场效应控制在纳米级仍然是一个科学和技术挑战。在这里，我们证明了量子电导的弹道量子点接触（QPC），形成由静电约束的LaAlO 3/SrTiO 3 2-DEG与分裂栅的量子化。通过有限的源漏电压，我们进行了全面的光谱研究的三维能级内的QPC，它可以被看作是一个光谱仪能够探测在氧化物2-DEG的Majorana状态。
2019-03-28 cond-mat.mes-hall
Few Electron Limit of n-type Metal Oxide Semiconductor Single Electron Transistors
本文报道了用互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制造的n型硅单电子晶体管（SET）的电子输运特性。n-MOSSET采用工业化前的全耗尽绝缘体上硅（FDSOI）技术制造，在200 mm晶圆上硅厚度低至10 nm。通过采用电子束光刻用于有源层和栅极层图案化来获得20 $\times$ 20 nm $^{2}$的标称沟道尺寸。库仑阻塞稳定性图在4.2 K下得到精确解析，并表现出数十meV的大附加能量。采用电流自旋密度泛函理论（CS-DFT）方法模拟了量子点中电子的禁闭。CMOS技术使得能够大规模生产用于最终纳米电子学和基于量子变量的器件的SET。
2012-03-21 cond-mat.mes-hall
Quasiparticle interference and quantum confinement in a correlated Rashba spin-split 2D electron liquid
在具有强自旋轨道耦合的系统中利用反转对称性破缺（ISB）有望通过电场控制自旋-这对于实现自旋电子器件的小型化至关重要。实现这一承诺需要一个二维电子气的自旋进动长度短于自旋相干长度和一个大的自旋分裂，使自旋操纵可以实现超过纳米的长度尺度。最近，过渡金属氧化物终端的铜铁矿氧化物被发现表现出大的Rashba自旋分裂主导的ISB。在这个极限下，费米表面呈现出与弱ISB相同的自旋纹理，但轨道纹理完全不同，这引起了关于准粒子散射效应的问题。我们证明了与传统Rashba系统相关的自旋-轨道选择规则在这种关联电子液体中是真实的自旋选择规则，并通过准粒子干涉成像确定了它的自旋相干长度。
2021-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Excitons in core-only, core-shell and core-crown CdSe nanoplatelets: interplay between in-plane electron-hole correlation, spatial and dielectric confinement
利用半解析模型计算了束缚在CdSe胶体纳米片中的中性激子的能量、有效玻尔半径和辐射寿命。激子性质在很大程度上取决于电子-空穴的面内相关性，这在NPL中通过准二维运动和与有机环境的介电失配而增强。在具有横向尺寸$L \gtrsim 20$ nm的NPL中，激子行为基本上是量子阱中的激子行为，其中超辐射导致激子寿命为1 ps或更小，仅受NPL面积的限制。然而，对于$L < 20$，nm激子进入中间限制区，因此偏离量子阱行为。在异质结构的NPL中，观察到不同的响应为核/壳和核/冠配置。在前者中，强的垂直约束限制了电子和空穴的分离，即使对于II型能带对准。激子的行为，然后类似于在核心只有NPL，虽然与减弱的介电效应。在后者中，如果能带排列是准II型（例如在CdSe/CdS中），则电荷分离也是低效的，因为电子-空穴相互作用将两个载流子驱动到核心中。然而，它变得非常有效的II型对齐，我们预测激子寿命达到$μs$。
2017-08-30 cond-mat.mes-hall
Valley-selective confinement of excitons in transition metal dichalcogenides with inhomogeneous magnetic fields
该研究针对二维过渡金属二硫化物体系，利用磁化铁磁结构边界的非均匀磁场，基于塞曼效应实现了激子的能谷选择性空间局域，且该分离可通过圆偏振光探测、多参数可调。
2024-03-07 cond-mat.mes-hall
Local probing of superconductivity at oxide interfaces with atomic force microscopy
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Joint Quantum Institute, Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系联合量子研究所）；Department of Advanced Material Science, The University of Tokyo（东京大学先进材料科学系）；Department of Physics and Astronomy, University of Pittsburgh（匹兹堡大学物理与天文学系）；Department of Materials Science and Engineering, University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校材料科学与工程系）；Department of Chemistry and Biochemistry, University of Maryland（马里兰大学化学与生物化学系）；Institute of Experimental and Applied Physics, University of Regensburg（雷根斯堡大学实验与应用物理研究所）
研究通过原子力显微镜等技术，在LAO/STO异质界面中探测超导特性，揭示了超导信号的局部分布及非线性特性，为理解量子限制和输运异常提供了新途径。
2026-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Optical conductivity of the $t_{2g}$ two-dimensional electron gas
最近的兴趣在钙钛矿表面和异质结构的动机，我们提出了一个二维电子气（2DEG）的Kubo电导率的分析中形成的$t_{2g}$带的氧化物与钙钛矿结构。我们发现，当电场是在平面内的二维电子气极化，光学电导率是由几乎独立的Drude贡献从二维子带费米面，而对于双平面极化，它具有很强的子带间的功能。我们的分析表明，晶体到平面的光学电导率的研究可能有助于推进复杂氧化物2DEG量子限制物理晶格畸变和电子-电子相互作用之间的相互作用的理解。
2013-08-05 cond-mat.mes-hall
Resistive switching acceleration induced by thermal confinement
本文提出在有源电极内引入低热导率阻热层以限制开关过程中的热耗散，从而在保持低工作电压的同时将SrTiO$_{3}$忆阻器的开关速度提升10$^{3}$倍，并兼容CMOS工艺。
2024-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-field superconductivity from atomic-scale confinement and spin-orbit coupling at (111)$\mathrm{LaAlO_3/KTaO_3}$ interfaces
本研究通过静电背栅调控(111)LaAlO3/KTaO3界面二维电子系统，发现极薄超导层与自旋轨道散射抑制顺磁磁化率导致临界场大幅增强，形成极端各向异性超导体。
2024-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Giant Oscillating Thermopower at Oxide Interfaces
理解LaAlO 3/SrTiO 3界面上载流子的性质是全面理解氧化物异质结构中电荷限制现象的主要问题之一。在这里，我们调查热功率研究的电子结构在LaAlO 3/SrTiO 3在低温下作为门场的函数。特别是，在对应于强耗尽电荷密度状态的大负栅压下，热电势显示出10^4 - 10^5 microV/K量级的创纪录负值，并作为栅压的函数以规则的间隔振荡。巨大的热电势幅度可以归因于声子拖曳贡献，而振荡映射的渐进耗尽和费米能级下降在一个密集的阵列的本地化状态躺在底部的Ti 3d导带。这项研究是第一个直接证据的局域安德森尾巴在二维（2D）电子液体在LaAlO 3/SrTiO 3界面。
2015-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Dual-Gate Modulation of Carrier Density and Disorder in an Oxide Two-Dimensional Electron System
载流子密度和无序度是控制关联二维电子系统性质的两个重要参数。为了解开它们各自对量子现象的贡献，需要对这两个参数进行独立的调整。在这里，通过利用混合液体/固体电双栅极的几何形状上的导电LaAlO 3/SrTiO 3异质界面，我们获得了一个额外的自由度，强烈修改的电子约束分布，从而界面散射的强度，独立于载流子密度。双栅极控制的非线性霍尔效应是这种分布的直接表现，它可以通过泊松-薛定谔子带模型定量地理解。特别是，SrTiO 3的大的非线性介电响应使得能够实现非常宽范围的可调谐密度和无序，远远超出常规半导体。我们的研究提供了一个广泛的框架，了解各种报道的现象在LaAlO 3/SrTiO 3界面。
2018-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Vibrational edge modes in intrinsically inhomogeneous doped transition metal oxides
通过对多带Peierls-Hubbard哈密顿函数应用无约束Hartree-Fock近似和随机相位近似，我们确定了过渡金属氧化物模型中存在空穴掺杂引起的本征纳米尺度不均匀性时的声子模结构.我们确定的低频$local$振动模式钉扎到不同的电子结构的区域之间的界面，并从扩展的声子带的频率分离。这些"边缘“模式的主要特征是，它们的能量基本上对掺杂水平不敏感，而它们的强度随着界面的密度（从而掺杂水平）而增加。我们认为，这种模式的存在是一个典型的功能系统相分离，包括铜酸盐，镍酸盐，锰氧化物，铋酸盐。我们具体解决这些模式在晶格非弹性中子散射的实验签名。
2003-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Mass enhancement of two-dimensional electrons in thin-oxide Si-MOSFET's
本文利用Shubnikov-de Haas（SdH）效应的温度依赖性，按照J.L. Smith和P.J. Stiles，Phys. Rev. Lett. { \bf 29}，102（1972）.我们发现，在薄氧化层极限下，当氧化层厚度$d_{ox}$小于平均二维电子-电子间距r时，m^* 仍然增强，并且这种增强可以用$m^*/m_B = 0.815 + 0.23(r/d_{ox})$来描述，其中$m_B = 0.195 m_e$是体电子质量，$m_e$是自由电子质量。在$n_s = 6 \times 10^{11}/cm^2$，例如，$m^* \simeq 0.25 m_e$，增强两倍，以前报告的史密斯和斯泰尔斯。我们的结果表明，半导体中的电子和金属栅电极上的中和正电荷之间的相互作用是重要的质量增强。我们还研究了磁场取向依赖的SdH效应，并推导出一个值的$3.0 \pm 0.5$的有效$g$因子在我们的薄氧化物样品。
1999-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A two-dimensional electron gas based on a 5s oxide with high room-temperature mobility and strain sensitivity
在低维电子系统中，光学和电子自由度与量子限制的耦合对于在强相关氧化物电子学中实现奇异功能特别有趣。近年来，大禁带透明氧化物BaSnO $_3$在非本征La或Sb掺杂下获得了高的室温迁移率，引起了人们的广泛关注。在这项工作中，我们报告的观察在BaSnO $_3$薄膜的室温铁磁性和实现的二维电子气（2DEG）的透明BaSnO $_3$的表面上通过氧空位的创建，表现出高的载流子密度$\sim 7.72*10^{14} /{\rm cm}^2$和高的室温迁移率~18 cm $^2$ /V/s。这种2DEG对应变相当敏感，并且小于0.1%的面内双轴压缩应变导致在室温下350%（超过540千欧姆/平方）的巨大电阻增强。因此，这项工作为探索适用于室温的低维氧化物电子和器件的物理开辟了一条新的途径。
2021-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
