Electronic Reconstruction Enhanced Tunneling Conductance at Terrace Edges of Ultrathin Oxide Films
由于电子在电子器件应用中的巨大潜力，电子穿过绝缘氧化物势垒的量子力学隧穿已经被广泛研究了几十年。在几纳米厚的外延氧化膜中，原子尺度的结构缺陷，如普遍存在的单晶胞高的平台边缘，可以显着影响隧穿概率和器件性能。然而，基本的物理学还没有得到充分的研究。在这里，以钛酸钡薄膜作为模型系统，我们报告了一个内在的隧道电导增强附近的梯田边缘。扫描探针显微镜的结果表明，高导电区域（几十纳米宽）附近的梯田边缘的存在。第一性原理计算表明，平台边缘的几何形状可以触发电子重建，这降低了有效的隧道势垒的宽度局部。此外，这种隧穿电导增强可以在其他过渡金属氧化物中发现，并通过表面终止工程来控制。这种可控的电子重构可以促进氧化物电子器件的实现和奇异低维量子相的发现。
2017-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Control of the structural and magnetic properties of perovskite oxide ultrathin films through the substrate symmetry effect
过氧过渡金属氧化物是角共享八面体的网络，已知其倾斜和扭曲会影响其电子和磁性。我们报告的模型界面结构，以避免化学影响的计算表明，对称性失配施加的界面层的扭曲模式，不存在于任何散装材料，创造新的界面特性驱动的对称性。根据八面体对变形的抵抗力，界面层可以小到一个晶胞，或者深入薄膜。
2010-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of Neel temperatures from fully self-consistent broken-symmetry GW and high-temperature expansion: application to cubic transition-metal oxides
使用完全自洽的热破缺对称GW，我们构建了一系列过渡金属氧化物（NiO，CoO，FeO，MnO）的有效磁性海森堡哈密顿量，捕获严格的，但浓缩的磁状态的描述。然后，应用高温膨胀，我们找到了自旋磁化率和比热的分解系数。所发现的系列的收敛半径决定了Neel温度。NiO、CoO和FeO在最近邻（NN）之间包含小的铁磁相互作用，在次最近邻（NNN）之间包含占主导地位的反铁磁相互作用。对它们来说，导出的Neel温度与实验结果符合得很好. MnO的情况是不同的，因为NN和NNN耦合都是反铁磁的，并且在幅度上相当，因此估计的Neel温度的误差较大，这是电子结构计算未捕获的附加效应的特征。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Structural and magnetic characterization of self-assembled iron oxide nanoparticle arrays
我们报告了自组装磁性纳米颗粒阵列的结构和磁学特性。采用热分解法合成了粒径为20 nm的单分散氧化铁纳米粒子。将纳米颗粒悬浮液旋涂在Si衬底上以实现颗粒的自组织阵列，随后在各种条件下退火。通过X射线衍射、亮场和暗场高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对样品进行了表征。的结构分析相比，超导干涉装置（SQUID）磁强计的磁行为的调查。我们可以识别多相FeO/g-Fe_2 O_3或多相FeO/Fe_3O_4纳米颗粒。FeO/g-Fe_2 O_3系统显示出明显的交换偏置效应，这解释了该系统获得的特殊磁化数据。
2010-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin oxide freestanding membranes with large-scale continuity and structural perfection
针对自支撑氧化物薄膜难以大面积制备的瓶颈，本文提出基于水溶性Sr4Al2O7牺牲层的方法，实现了厘米级无裂纹超薄薄膜，但引入的氧空位及其退火温度限制仍阻碍CMOS集成。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Strain-driven superplasticity and modulation of electronic properties of ultrathin tin (II) oxide: A first-principles study
二维层状氧化锡（SnO）最近已成为薄膜晶体管和互补金属氧化物半导体器件的有前途的双极沟道材料。在这项工作中，我们提出了一个第一性原理调查的机械性能的SnO，以及电子的影响拉伸应变（$ε$）在单轴和双轴条件下。体到单层过渡被发现显着降低的杨氏模量和剪切模量的SnO，突出层间Sn-Sn键在保持结构完整性的重要性。前所未有的，少层氧化锡表现出超塑性单轴变形条件下，与单分子层的临界应变高达74%的故障。这种超塑性行为归因于超过$ε$ = 14%的三配位中间体（这里称为h-SnO）的形成，其类似于具有相对大的功函数和宽的间接带隙的部分恢复的正交相。广泛的结构范围内的氧化锡（II）强烈的各向异性的机械载荷下，通过应变工程实现新型的混合纳米结构的SnO表明有趣的可能性。本研究报告的发现揭示了对氧化锡（II）的机械行为和应变驱动电子特性的基本见解，为开发具有新的非传统功能的SnO基纳米电子器件开辟了令人兴奋的途径。
2019-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin Oxide Films by Atomic Layer Deposition on Graphene
在本文中，提出了一种方法来创建和表征机械鲁棒的，独立的，可折叠的，氧化物薄膜与控制，纳米级的厚度使用原子层沉积（ALD）在石墨烯上。使用ALD将氧化铝膜沉积到悬浮的石墨烯膜上。随后对石墨烯的蚀刻只留下了几个原子厚度的纯氧化铝膜。使用加压起泡测试来确定这些抗静电膜具有154 \pm 13 GPa的杨氏模量。该杨氏模量与厚得多的氧化铝ALD膜相当。这种行为表明，这些二维薄膜具有优异的机械完整性。该膜也是标准气体不可渗透的，这表明它们是无针孔的。这些连续的薄膜有望在诸如薄膜涂层、膜和柔性电子器件等领域中实现新的应用。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric metal-oxide-semiconductor capacitors using ultrathin single crystalline SrZrxTi1-xO3
多功能氧化物在半导体上的外延生长已经开辟了将新功能引入半导体器件技术的途径。特别是，集成在半导体上的铁电材料可能会导致低功率场效应器件，可用于逻辑和存储器。铁电金属氧化物半导体（MOS）电容器的发展是实现这种场效应器件的关键，其中铁电栅极的极化耦合到半导体沟道的表面电势。在这里，我们表明，铁电MOS电容器可以实现使用单晶SrZrxTi 1-xO 3（x = 0.7），已外延生长在Ge上。我们发现，SrZrxTi 1-xO 3的铁电性能是非常强大的，作为栅极层薄至5 nm对应的等效氧化物厚度仅为1.0 nm表现出一个~ 2 V的滞后窗口的电容-电压特性。具有纳米栅厚度的铁电MOS电容器的发展为纳米电子器件开辟了新的前景。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Switchable Topological Polar Textures in Freestanding Ultrathin Ferroelectric Oxides
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
研究揭示自由悬挂超薄铁电层存在多种极性态，通过电场可逆控制其复杂极性状态，为未来铁电器件应用提供新途径。
2026-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strongly coupled phase transition in ferroelectric/correlated electron oxide heterostructures
采用脉冲激光外延法在SrTiO 3衬底上制备了由Pb（Zr 0. 2 Ti 0. 8）O 3和相关电子氧化物（CEO）La 0. 8 Sr 0. 2 MnO 3组成的铁电/相关电子氧化物异质结构。空穴积累在C2 H2O CEO层的铁电层的异质结构，导致在绝缘体-金属过渡的实质上修改。特别是，我们的厚度依赖性的研究表明，在运输和磁性的急剧变化强烈耦合到载流子的铁电场效应，这是局限于界面附近的调制。因此，我们的研究结果提供了重要的证据，强铁电场效应的控制，可以实现在10纳米（10纳米）异质结构，产生至少100,000倍的电阻率变化。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of enhancement of perpendicular magnetic anisotropy obtained by inserting an ultrathin LiF layer at an Fe/MgO interface
永磁各向异性（PMA）是磁阻随机存取存储器（MRAM）的一个重要特性。为了提高MRAM的面密度，重要的是找到一种方法来增强PMA。最近报道了通过在Fe/MgO界面处插入LiF层来强烈增强PMA [T. Nozaki等人，NPG Asia Materials（2022）14：5]。为了理解所观察到的PMA增强的起源，我们对以下四种多层结构的磁晶各向异性能（MAE）进行了第一性原理计算：Fe/MgO、Fe/LiF/MgO、Fe/FeO/MgO和Fe/FeF/LiF/MgO。发现Fe/LiF/MgO和Fe/FeF/LiF/MgO结构的MAE与Fe/MgO结构的MAE几乎相同，而Fe/FeO/MgO结构的MAE不到Fe/MgO结构的一半。结果表明，在Fe/MgO界面处插入LiF层可提高PMA的性能，其主要原因是抑制了界面处Fe和O原子的混合。我们还发现面内Fe-F耦合对MAE有正贡献，而面内Fe-O耦合对MAE有负贡献。研究结果对高PMA材料的设计具有一定的指导意义。
2023-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin 2D-oxides: a perspective on fabrication, structure, defect, transport, electron and phonon properties
在原子级薄的2D材料领域中，尽管有大量的层状氧化物结构易于剥离，但氧化物相对未被开发。从应用的角度来看，对超薄膜氧化物纳米结构的兴趣越来越大。在这篇透视论文中，讨论了在理解二维氧化物的基本性质方面的最新进展。考虑了两类二维氧化物：（1）范德华键合的层状材料，其中过渡金属处于其最高价态（由V $_2$ O $_5$和MoO $_3$表示）和（2）层状材料，在正碱金属阳离子层和带负电荷的过渡金属氧化物层（LiCoO $_2$）之间具有离子键合。对后者提出了化学剥离过程及其与机械剥离相结合的方法。结构相稳定性的所得纳米片，阳离子的大小和氧化物中的缺陷的重要性的作用进行了讨论。二维声子，电子能带结构和电子屏蔽的影响被放置在什么是已知的其他二维材料，如过渡金属二硫属化物的上下文中。在多体微扰理论的水平上使用准粒子自洽$GW$方法讨论了电子结构，其中的准确性进行了严格的评估，包括电子-空穴相互作用的屏蔽和电子-声子耦合的影响。的预测发生的二维电子气上的锂覆盖表面的LiCoO $_2$和它的关系的拓扑方面的能带结构和键合的表面上的基本作用的一个例子。最后，一些案例研究的电子输运和使用这些氧化物在纳米场效应晶体管。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Substoichiometric ultrathin zirconia films cause strong metal-support interaction
强的金属-载体相互作用（SMSI）导致氧化物负载的催化剂在还原条件下退火后的性质发生实质性变化。通常的解释是在金属颗粒上形成了大量还原的氧化物薄膜。对于可还原的氧化物，例如TiO 2或Fe3O4，通常会遇到这种情况。氧化锆（ZrO2）是一种典型的催化剂载体，难以还原，因此没有明显的SMSI效应候选物。在这项工作中，我们使用的逆模型系统与Rh（111），Pt（111），Ru（0001）作为支持。与预期相反，我们表明，SMSI遇到氧化锆。在超高真空中退火后，在所有三个衬底上形成缺氧的氧化锆薄膜（$\approx$ ZrO $_{1.5}$）。然而，Zr保持在其优选的4+电荷状态，因为电子被转移到下面的金属。在高温下，ZrO2薄膜的稳定性取决于Zr和基体金属是否发生合金化。SMSI效应是可逆的;氧化物薄膜可以通过在氧气中退火来去除。
2019-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Electron paramagnetic resonance of alkali metal atoms and dimers on ultrathin MgO
电子顺磁共振（EPR）可以提供对氧化物和半导体材料中掺杂剂的化学结构和磁性的独特见解，这些材料在电子学、催化和量子传感中的应用是令人感兴趣的。在这里，我们证明，EPR结合扫描隧道显微镜（STM）允许探测的键合和电荷状态的碱金属原子上的银基板上的氧化镁层。我们观察到Li $_2$、LiNa和Na $_2$二聚体的$1μ_\mathrm{B}$磁矩，对应于具有$+1e$电荷态的自旋自由基。单个碱金属原子具有相同的电荷状态，没有磁矩。吸附物的电离归因于通过氧化物到金属基底的电荷转移。我们的工作突出了EPR-STM的潜力，以提供洞察掺杂剂原子，是相关的表面和纳米器件的电性能的控制。
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Identification of two-dimensional $FeO_2$ termination of hematite $α-Fe_2O_3(0001)$ surface
氧化铁是地球上最丰富的化合物之一，因此在工业过程中得到了广泛的研究和应用。尽管做出了这些努力，但对其一些表面相结构的具体了解仍然难以捉摸，特别是氧化的$α-Fe_2O_3(0001)$赤铁矿表面。我们详细介绍了一个优化的配方，在整个赤铁矿表面产生这个阶段，并研究其复杂结构的几何参数和组成，通过原子分辨显微镜，电子衍射和表面敏感光谱。我们的结论是，氧化的$α-Fe_2O_3(0001)$表面终止于一个二维的氧化铁的结构，晶格参数，和取向不同的散装基板。利用总能量密度泛函理论模拟的大尺度原子模型，我们确定了反铁磁，导电$1T-FeO_2$附着在半金属终止体的表面层的结构。该模型成功地再现了原子分辨图像和电子衍射图案中观察到的特征调制。
2018-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Toward Functionalized Ultrathin Oxide Films: the Impact of Surface Apical Oxygen
过渡金属氧化物的薄膜打开了一条通往纳米级电子器件的大门，这种电子器件的特点是具有新颖的电子功能。虽然此类膜通常在氧气氛中制备，但它们通常被认为理想地以化学计量组成终止。使用原型相关金属SrVO $_3$作为一个例子，它表明，这种理想化的描述忽略了一个重要的成分：氧吸附在表面顶端网站。氧吸附原子，即使在真空环境中持续存在，被证明严重影响过渡金属氧化物膜的本征电子结构。它们的存在导致形成电子死表面层，但也改变了薄膜中的能带填充和电子相关性。这些研究结果突出表明，重要的是要考虑到表面顶端的氧或--作必要的修改--由覆盖层施加的特定氧配置，以预测过渡金属氧化物在单个单元电池极限附近的电介质膜的行为。
2022-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrathin Organic Transistors on Oxide Surfaces
近年来，薄膜有机场效应晶体管（OFFET）已开始被认为是用于有源矩阵平板显示器和其它大面积电子应用中的氢化非晶硅薄膜晶体管（a-Si：H TFT）的可能替代物。低温加工性、低成本制造和与任意基底的兼容性是OFFEX的一些有前途的优点。在众多可用的有机材料中，并五苯尤其是当前薄膜OFET架构中使用的主要候选材料之一-这是因为其出色的电气特性和对大气氧气的耐受性。在最近的文献中，并五苯的传输特性，以及晶体管的性能，已经从衬底处理，并五苯蒸发速率和衬底温度，电极化学性质和通道几何形状的角度进行了分析。结果表明，在并五苯/电介质界面的第一有机单层（S）的形态，晶体结构和分子有序的载流子输运现象的基本决定因素。为了进一步研究这些界面效应，我们已经建立了一个模型的有机场效应晶体管，它基本上是由一个氧化物基板上的并五苯单层。四探针和两个探针运输测量作为温度和领域的函数将与结构近场观测。实验结果表明，一个简单的二维模型，在氧化物界面处的自由和捕获的载流子之间的平衡决定OFET的特性和性能。
2004-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin complex oxide nanomechanical resonators
复杂氧化物薄膜和异质结构表现出丰富的奇异现象，通常是由于薄膜和衬底之间复杂的相互作用。最近，它已成为可能，以隔离这些材料的外延生长的单晶层，使其性能的研究，在没有界面效应。在这项工作中，我们创建了强相关材料的薄膜，并演示了由\ce{SrTiO3}和\ce{SrRuO3}制成的纳米机械谐振器的自上而下的制造。使用激光干涉法，我们成功地驱动和测量纳米鼓谐振器的运动。通过测量它们随温度变化的机械响应，我们观察到\ce{SrTiO3}中结构相变的特征，这会影响谐振器中的应变和机械耗散。这种方法可以扩展到研究各种材料的相变。我们的研究表明，集成纳米复合氧化物膜实现纳米机电系统在任意基板上的可行性。
2019-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Pt$_3$Zr(0001): A substrate for growing well-ordered ultrathin zirconia films by oxidation
我们用扫描隧道显微镜（STM）、俄歇电子显微镜（AES）和密度泛函理论（DFT）研究了Pt $_3$ Zr（0001）的表面。良好退火的合金表面显示出完美的长程化学有序。偶尔的畴界可能是由非化学计量引起的。Pt $_3$ Zr显示沿[0001]的ABAC堆叠; STM仅观察到A终止表面，与DFT结果一致，显示A终止的表面能较低。DFT进一步预测一个更强的向内松弛的表面Zr比Pt，尽管更大的原子尺寸的Zr。通过在400 $^\circ$ ℃下在$10^{-7}$ mbar O $_2$中氧化并在$\approx 800 ^\circ$ ℃下后退火获得封闭的ZrO $_2$膜。氧化物由O-Zr-O三层组成，相当于立方ZrO $_2$的萤石结构的（111）三层，但横向收缩。氧化物形成$(\sqrt{19} \times \sqrt{19})$ R23 $^\circ$超结构。基底的第一个单层由Pt组成并收缩，类似于纯Pt（111）的亚稳态重构。DFT计算表明，氧化物三层结合相当弱的衬底。尽管O-封端的氧化物，键合到基板上主要发生通过Zr原子的氧化物，强烈向下弯曲的Pt基板原子，如果靠近Pt的位置。根据DFT，氧化物具有带隙; STM表明导带最小值位于$E_\mathrm{F}$之上的$\approx 2.3$ eV处。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Tunneling Electroresistance Induced by Interfacial Phase Transitions in Ultrathin Oxide Heterostructures
利用铁电控制电子输运是氧化物异质结构中的一项新兴技术。许多以前的研究在FE隧道结（FTJ）利用单独的静电势的差异，引起的FE极化方向的变化，在FTJ。在这里，我们表明，在实践中的两个极化状态之间的结电流比可以进一步提高相关的电子氧化物电极中的静电改性，并FTJs与纳米薄层可以有效地产生一个相当大的电阻比在室温下。为了理解这些令人惊讶的结果，我们采用了一个额外的控制参数，这是相关的电子氧化物的电子和磁性相边界的交叉。在异质界面处的FE诱导的相位调制最终导致增强的电阻效应。我们的研究强调了异质界面自由度之间的强耦合可以在氧化物电子学中产生多功能和新颖的应用。
2013-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Altermagnetic Signatures and Topological Textures in Ultrathin Multiferroic BiFeO$_3$
Brown University（布朗大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Rice University（莱斯大学）；Rice Advanced Materials Institute, Rice University（莱斯大学先进材料研究所）；MAX IV Laboratory（MAX IV实验室）；University of Arkansas（阿肯色大学）；Johannes Gutenberg-University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；Czech Academy of Sciences（捷克科学院）；Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science, Cornell University（康奈尔纳米科学卡弗里研究所）；Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼兹晶体生长研究所）；Smalley-Curl Institute, Rice University（莱斯大学斯莫利-柯尔研究所）；Northeastern University（东北大学）
研究通过超薄BiFeO3实现多铁性，维持两种序参数并展现反磁特征，为氧化物电子学的标度极限提供新路径。
2026-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic domains in ultrathin, bulk-like and proximity-coupled Europium Oxide
本文利用磁光克尔显微镜研究了25 nm和3 nm EuO薄膜的磁畴与磁滞回线的温度依赖行为，揭示了矫顽力与临界温度的厚度依赖性及EuO/Co的近邻反铁磁耦合，并结合MuMax3模拟阐明磁化反转动力学。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic Control of the Evolution from Superconductor to Insulator in Ultrathin Films of Yttrium Barium Copper Oxide
的电输运性质的Al2O3 YBCO薄膜已被修改使用双电层晶体管配置采用离子液体。采用高压氧溅射法在SrTiO3衬底上生长薄膜。一个明确的演变，从超导体绝缘体观察到名义上7个单位电池厚的薄膜。利用有限尺寸标度分析，发现在6 K到22 K的温度范围内，电阻随温度的变化曲线R（T）塌缩为单一标度函数，这表明存在量子临界点。然而，缩放失败，在最低的温度表明超导和绝缘制度之间存在一个额外的阶段。
2011-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Quantum transport modeling of Fe/MgO/Fe magnetic tunnel junction with FeO$_{0.5}$ buffer layer: the effects of correlations
本文采用\textit{ab initio}方法模拟了Fe/MgO/Fe三层结构的量子输运性质，其中Fe $_{0.5}$缓冲层为氧化铁层，采用局域密度近似+ Hubbard \textit{U}方法考虑了库仑相互作用.我们发现，在铁氧层的库仑排斥现场可以导致系统的隧道磁电阻的急剧下降。我们提出了一个理解这种现象的微观细节，连接到本地化的费米电子的特定对称性，这发生在缓冲的Fe-O层，当现场库仑排斥被引入。我们进一步研究了缓冲层Fe-O对称性约化对Fe/MgO/Fe界面输运性质的可能影响。
2012-12-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coupling lattice instabilities across the interface in ultrathin oxide heterostructures
氧化物异质界面构成了在凝聚态物质中实现新功能的丰富平台。一个关键的方面是结构和电子性质之间的紧密联系，这可以通过具有不同晶格对称性的界面材料进行修改。在这里，我们确定的$\text{SrTiO}_3$，拓扑晶体金属托管之间的微妙的相互作用的自旋轨道耦合和电子相关性的$\text{SrIrO}_3$，薄膜的电子性质的电子效应的ε-tetraorbic失真。我们证明，低于在105 K的转变温度，$\text{SrIrO}_3$正交结构域直接耦合到四元结构域中的$\text{SrTiO}_3$。这迫使同相旋转轴位于平面内，并在$\text{SrIrO}_3$膜中产生二元畴结构。紧密接近的金属-绝缘体的过渡在介电$\text{SrIrO}_3$导致个别域具有强烈的各向异性的传输特性，由沿同相轴的带宽的减少驱动。钙钛矿中强的结构-性质关系使这些化合物特别适合于界面处的静态和动态耦合，为在氧化物异质结构中实现新功能提供了有前途的途径。
2020-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interface suppressed nematicity and enhanced superconductivity of FeSe/NdFeO3 in the low doping regime
本研究构建FeSe/NdFeO3异质结，在低掺杂区（0.038~0.046 e-/Fe）观察到超导能隙增大和向列性缺失，表明FeSe/FeO_x界面增强超导并抑制向列性，拓展了FeSe/FeO_x超导家族。
2024-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Atomic-scale theory of robust out-of-plane ferroelectricity in ultrathin films
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）；Rutgers University（罗格斯大学）
提出原子尺度理论框架，通过考虑薄膜终止层的功函数，揭示自极化和终止层可切换角色效应，解释超薄膜中稳健铁电性的起源。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Angstrom-scale ion-beam engineering of ultrathin buried oxides for quantum and neuro-inspired computing
本文提出一种基于聚焦离子束退火的埃米尺度离子束工程技术，通过深度控制晶体缺陷实现超薄埋入氧化物的精确厚度调控，并在约瑟夫森结和超导量子比特上展示了高性能，为量子与神经形态计算提供可扩展的制造方案。
2024-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phase transitions and spin-state of iron in FeO at the conditions of Earth's deep interior
本文利用X射线衍射、X射线发射光谱与DFT+DMFT方法，研究FeO在高达140 GPa和2100 K条件下的电子结构、自旋态和晶体结构，发现其在核幔边界条件下存在金属性高自旋态高压相，并伴随异常压缩行为和体弹模量显著变化，对理解地球深部地球物理与地球化学性质具有重要意义。
2023-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defeating depolarizing fields with artificial flux closure in ultrathin ferroelectrics
通过人工磁通闭合架构，在超薄铁电体中稳定面外铁电性，并发现绝缘体屏蔽退极化场的能力可超越金属，为氧化物电子学提供新思路。
2022-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Complete phase diagram of Sr$_{1-x}$La$_x$FeO$_3$ with versatile magnetic and charge ordering
通过对高压合成的多晶样品的同步辐射X射线衍射、磁化强度和输运测量，建立了钙钛矿型氧化物Sr $_{1-x}$ La $_x$ FeO $_3$ $(0\leq x \leq 0.5)$的详细电子相图。在零场下SrFeO $_3$中的三种螺旋磁相中，当La取代$x$小于0.1时，其中两种螺旋磁自旋织构呈现多重${\it q}$结构，其立方对称性迅速消失，同时伴随着金属性的丧失。另一方面，第三helmagnetic相显然仍然在Sr $_{1-x}$ La $_x$ FeO $_3$与$x$高于0.1，随后合并到自旋/电荷有序相与$x\sim 1/3$。我们提出了一个重要的作用巡回配位体空穴上出现的多个- ${\it q}$状态和第三（推定的单- ${\it q}$）helmagnetic相SrFeO $_3$和自旋/电荷有序相Sr $_{2/3}$ La $_{1/3}$ FeO $_3$之间的可能联系。
2020-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen-Octahedral-Tilting-Driven Topological Hall Effect in Ultrathin SrRuO3 Films
拓扑自旋纹理作为一类新兴的拓扑物质，为信息的存储和处理提供了一种媒介。最近发现的拓扑霍尔效应（THE）被认为是电探测非平凡自旋织构的指纹。但是氧化物中THE的起源仍然难以捉摸。在这里，我们报告的观察THE的单位细胞。u.c.）在SrTiO 3（001）衬底上生长的4d铁磁SrRu O 3薄膜，这可以归因于自旋结构的手性有序（即，Skyrmion状）而不接触5d氧化物SrIrO 3层。结果表明，在SrRuO 3/SrTiO 3界面上存在由局部正交-四面体结构相变引起的RuO 6八面体倾斜，从而自然地破坏了反转对称性.我们的理论计算表明，Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用的出现，由于破缺的反转对称性和强的自旋轨道相互作用的4d SrRuO 3。这种DM相互作用可以稳定Néel型磁skyrmions，这反过来又解释了在运输中观察到的THE。RuO 6八面体倾斜诱导的DM相互作用提供了一条通往拓扑自旋织构和所得THE的电控制的途径，这在实验和理论上都得到了证实。除了基本意义外，本工作中对氧化物中THE及其电学操纵的理解可以推进低功耗拓扑电子学和自旋电子学应用。
2018-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin Magnesium-based Coating as an Efficient Oxygen Barrier for Superconducting Circuit Materials
本文提出在钽表面沉积超薄 Mg 覆盖层以阻隔氧化，结合 XPS、超导表征与计算建模揭示其原子尺度保护机制，降低介电损耗并提升 Ta 薄膜超导性能。
2023-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Structural and magnetic properties of 3d transition metal oxide chains on the (001) surfaces of Ir and Pt
利用自旋平均扫描隧道显微镜（STM）和自旋极化（SP-）STM对重面心立方（fcc）贵金属Ir和Pt（001）表面亚单层过渡金属二氧化物的结构和磁性进行了研究。我们的STM结果证实了Co、Fe、Mn和Cr在（2 { \times } 1）氧重构Ir（001）表面上的沉积导致了具有（3 { \times } 1）晶胞的准一维链的形成。正如最近由密度泛函理论预测的[Ferstl等人，物理修订信函117，046101（2016）]，我们的Ir（001）上的FeO 2和MnO 2的SP-STM图像显示出沿着链的双重周期性，这是沿着链的反铁磁耦合的特征。此外，这两种材料还表现出自发的，永久的，和长程磁耦合的整个链。我们发现FeO_2/Ir（001）存在铁磁链间耦合，而MnO_2在Ir（001）上的磁耦合呈现非共线的120°自旋螺旋，形成（9 { \times } 2）磁性晶胞。在Pt（001）上，（3 { \times } 1）重构氧化物链的补丁只能通过过渡金属（Co、Fe和Mn）沉积到冷衬底上并随后在氧气气氛中退火来制备。MnO 2/Pt（001）上的SP-STM再次揭示了一个非常大的（15 { \times } 2）磁性单位晶胞，其可以尝试性地用相称的72°自旋螺旋来解释。大规模的SP-STM图像揭示了沿MnO 2链的长波长自旋旋转。
2019-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Liquid Metal Printed Ultrathin Oxides for Monolayer WS2 Top-Gate Transistors
二维（2D）半导体是用于互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑电路的持续缩小尺寸的有前景的沟道材料。然而，它们的全部潜力仍然受到缺乏可扩展的高k晶体管的限制，这些高k晶体管可以实现原子级光滑的界面、小的等效氧化物厚度（EOT）、出色的栅极控制和低漏电流。在这里，我们报告了用于2D电子和电光器件的液态金属印刷的氧化物和可扩展的Ga 2 O3电介质。我们直接可视化的原子光滑的Ga 2 O3/WS 2接口，使液态金属印刷的保形性。我们证明了原子层沉积兼容性与高k Ga 2 O3/HfO 2顶栅电介质堆叠化学气相沉积生长单层WS 2，实现EOTs的~1 nm和亚阈值摆幅下降到84.9 mV/dec。栅极漏电流是在超规模低功耗逻辑电路的要求。我们的研究结果表明，液态金属印刷氧化物可以弥合下一代纳米电子学2D材料可扩展介电集成的关键差距。
2022-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Does the boson peak survive in an ultrathin oxide glass?
大块玻璃在低能量下表现出额外的振动模式，称为玻色子峰。纳米氧化铝中的微观动力学影响量子比特和其他超导器件的性能，然而这些玻璃中玻色子峰的存在以前没有被测量过。在这里，我们报告的Al/Al $_2$ O $_{3-x}$纳米粒子组成的球形金属核从20到1000 nm的3.5 nm厚的氧化铝玻璃包围的中子能谱。一个强烈的低能量峰观察到在$ω_{BP}$ = 2.8 $\pm$ 0.6毫电子伏的高度氧化的粒子，同时与过剩的状态密度。峰的强度与指示表面起源的颗粒尺寸和氧化物分数成反比，并且相对于$γ$ -相Al $_2$ 0 $_{3-x}$纳米晶体的van-Hove奇点红移3毫电子伏。$α$ -Al $_2$ O $_{3-x}$、$γ$ -Al $_2$ O $_{3-x}$和a-Al $_2$ O $_{3-x}$的分子动力学模拟表明，观察到的玻色子峰是玻璃表面的特征，并且与假设的块体玻璃的频率相比，频率被软化。
2019-07-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Gate Dielectric Engineering with an Ultrathin Silicon-oxide Interfacial Dipole Layer for Low-Leakage Oxide-Semiconductor Memories
提出在AOS沟道与high-k栅介质间引入ALD超薄SiL，实现阈值电压稳定调控并显著降低漏电流与刷新能耗，提升存储器可靠性。
2025-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Domain evolution in bended freestanding BaTiO3 ultrathin films: a phase-field simulation
过氧化物铁电氧化物通常被认为是脆性材料，然而，最近的工作[Dong等人，Science 366，475（2019）]证明了独立BaTiO 3薄膜中的超弹性。这一特性可能来源于铁电畴在弯曲过程中的演化，这在实验中是很难观察到的。因此，了解薄膜的弯曲变形、厚度和畴动力学之间的关系对于它们在柔性铁电器件中的潜在应用至关重要。本文采用相场模拟方法研究了BaTiO_3自支撑薄膜在40°大弯曲变形下的铁电极化动力学。铁电畴的演化揭示了从磁通闭合到具有“涡旋状”结构的a/c畴的转变，这是由面外铁电极化的增加引起的。此外，通过在相同的弯曲情况下改变膜厚度，我们发现只有当膜厚度达到12 nm或更高时，才出现具有“涡旋状”结构的a/c相。研究结果为弯曲铁电钙钛矿氧化物薄膜的微结构演化提供了有益的信息，为铁电薄膜在柔性电子器件上的应用提供了指导。
2020-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Structural and electronic properties of V$_2$O$_5$ and MoO$_3$ bulk and ultrathin layers
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算和范德华色散修正，研究了V $_2$ O $_5$和MoO $_3$层状氧化物的体相、单层膜和多层膜的结构和电子性质.特定的DFT+U泛函已被测试，以正确地再现几何形状，带隙，静态介电常数，和两种材料的形成的结晶。单层和多层分别沿着<001><010>V2 O 5和MoO 3的和稳定的晶体学取向解理。两种材料都需要至少三层，以恢复块状性质。自旋-轨道效应已被纳入我们的预测，但它们显示边际效应。
2018-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Zoology of spin and orbital fluctuations in ultrathin oxide films
许多金属过渡金属氧化物在生长成只有几个晶胞厚的薄膜时变成绝缘的。然而，这些厚度引起的金属到绝缘体的转变的微观起源仍然存在争议。在这里，我们模拟了一个不显眼的相关金属单层的极端情况下-锶钒酸盐SrVO $_3$ -沉积在SrTiO $_3$基板。至关重要的是，我们的系统可以具有由SrO或VO $_2$顶层组成的真空终端。虽然我们发现，这两个导致莫特绝缘行为在名义化学计量，出现在掺杂后的相图-化学或通过施加的栅极电压-是定性不同的。事实上，我们的多体计算揭示了一个聚宝盆的非局部波动与（中）相称的反铁磁，铁磁，以及条纹和棋盘轨道有序不稳定性。确定这两种几何形状产生相反的符号的晶体场分裂，我们阐明了随后的阶段，通过镜头的轨道自由度。一般来说，我们的工作强调，界面和表面重建和变形或切断超薄膜中的配位多面体驱动丰富的属性，从根本上不同于材料的体物理。
2022-01-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhanced ferrimagnetism in auxetic NiFe2O4 in the crossover to the ultrathin film limit
我们研究了亚铁磁性氧化物NiFe 2 O 4的磁性，电子和结构性质之间的敏感相互作用。重点是放在从散装的交叉降维的影响，以减少薄膜。我们观察到Nb-SrTiO 3（001）衬底上的NiFe_2 O_4薄膜在面内外延压缩应变下的饱和磁化强度$M_S$的增强与面外晶格常数的降低同时发生。我们发现了一个大容量的阳离子配位的反尖晶石晶格独立的NiFe 2 O 4膜厚度-从而排除了阳离子反转，名义上可以占增强的$M_S$。相反，我们的研究揭示了单位晶胞体积的减少，即拉胀行为在NiFe 2 O 4薄膜，这可能会导致增强的磁交换所造成的原子间电子本地化的增加。
2014-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Improved electronic structure and magnetic exchange interactions in transition metal oxides
讨论了Agapito Curtarolo和Buongiorno Nardelli（ACBN 0）赝杂化Hubbard密度泛函在几种过渡金属氧化物中的应用。ACBN 0是传统DFT+ $U$和混合精确交换方法的快速、准确和无参数的替代方法。在ACBN 0中，DFT+ $U$的Hubbard能量是通过直接计算局部库仑积分和交换积分来计算的，其中裸库仑势的屏蔽是通过密度矩阵的重整化来计算的。我们证明了成功的ACBN 0方法的电子性能的一系列技术相关的单氧化物（MnO，CoO，NiO，FeO，在平衡和压力下）。我们还提出了两个混合价化合物，Co $_3$ O $_4$和Mn $_3$ O $_4$的结果。我们的结果，在一个标准的LDA/PBE计算的计算成本，是在很好的协议与混合泛函，GW近似和实验测量。
2017-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Growth and electronic and magnetic structure of iron oxide films on Pt(111)
通过铁的反应沉积或金属铁单层的氧化，在Pt（111）单晶上生长超薄（111）取向的极性铁氧化物薄膜。这些薄膜，其特征在于使用低能电子衍射，扫描隧道显微镜和转换电子穆斯堡尔谱。Fe的反应性沉积导致Fe3O4的岛状生长，其中块体材料的电子和磁性被调制的超顺磁性尺寸效应的厚度小于2 nm，揭示特定的表面和界面特征。相比之下，氧化物薄膜与FeO的化学计量，这可以稳定的厚度为4纳米，在特殊的制备条件下，具有电子和磁性，是非常不同的，从他们的本体对应物，wüstite。不寻常的长程磁序出现在室温下的厚度为3至10个单层，其外观需要从岩盐结构严重的结构修改。
2011-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating Momentum-Space and Real-Space Topological States in Metallic Strontium Ruthenate Ultrathin Films
本文通过研究超薄SrRuO3/SrIrO3异质结构，证实超薄SrRuO3在单层极限下仍保持金属性和拓扑能带结构，并排除了THE的双通道解释，为其中斯格明子的存在提供了证据。
2024-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and properties of lithium-rich complex oxides
富锂复合过渡金属氧化物Li $_2$ MoO $_3$，Li $_2$ RuO $_3$，Li $_3$ RuO $_4$，Li $_3$ NbO $_4$，Li $_5$ FeO $_4$，Li $_5$ MnO $_4$及其衍生物对于高容量电池电极是令人感兴趣的。在这里，我们报告的第一性原理密度泛函理论研究这些材料的原子和电子结构，使用海德-Scuseria-Ernzerhof（HSE）筛选的混合功能，平等地对待所有的轨道材料。发现在层状Li $_2$ MoO $_3$中，在完全锂化和部分脱锂的化合物中，过渡金属离子的二聚化发生。与通常认为的相反，在完全锂化的Li $_2$ RuO $_3$中不发生Ru-Ru二聚;然而，发现Ru-Ru二聚体在存在由合成期间的锂损失和/或使用期间的锂去除引起的锂空位的情况下发生。分析了复合氧化物的电子结构，讨论了它们在电池电极材料中的脱锂机理。
2018-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of thickness limits of ideal polar ultrathin films
电子重构与原子重构之间的竞争是过渡金属氧化物中经常出现的主题。我们使用密度泛函理论计算来研究这种竞争的模型系统组成的极性，无限层结构ACuO2（A=Ca，Sr，Ba）生长在非极性，钙钛矿SrTiO 3基板的薄膜。预测从块状平面结构到链式薄膜的过渡伴随着电子结构的实质性变化的SrCuO 2膜小于5个晶胞厚度。一个分析模型解释了为什么原子重建变得比电子重建更有利的薄膜变得更薄，并建议类似的考虑应该是有效的其他极性薄膜。
2012-03-26 cond-mat.mtrl-sci
The effect of germanium sublayer on the native corrosion of ultrathin copper films
Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院科捷利尼科夫无线电电子学研究所）
本研究发现，锗亚层可减缓超薄铜膜的本征腐蚀，从而提升其在电磁干扰防护中的应用价值。
2025-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in ultrathin film capacitors
到了薄膜的极限，铁电隧道结或电阻存储器等新一代器件就有了希望。然而，这些长度尺度也使器件对与小型化相关的寄生效应敏感，并且更好地理解随着尺寸减小会发生什么对于这些器件的未来发展具有实际重要性。随着材料制备和表征的实验进展与铁电体理论建模的巨大进展，理论家和实验家终于可以探索相同的长度和时间尺度。这使得理论和实验之间的实时反馈成为可能，新的发现现在经常在实验室和计算机上进行。在这一章中，我们将重点介绍基于密度泛函理论的建模方法的最新进展，以及它在我们理解铁电体中所起的作用。我们将首先简要介绍铁电性和铁电氧化物，然后概述主要的理论发展。然后，我们将讨论钙钛矿氧化物中铁电性的一些微妙之处，然后再将注意力转向本章的主题--钙钛矿薄膜中的铁电性。我们将详细讨论的机械，电气和化学边界条件的影响，在平行板电容器的几何形状的极性状态的稳定性，引入的概念去极化领域，往往不稳定的铁电性。我们将研究薄铁电体保持其极性状态的其他方法，重点是铁电畴和畴壁。最后，我们将简要讨论人工层状铁电体及其作为电子应用定制材料的潜力。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Steadfast perpendicular exchange coupling in an ultrathin CoO/PtFe double-layer: strain and spin orientation
本文报道了具有垂直磁各向异性的应变双金属CoO/PtFe双层膜的交换耦合和磁性。在Pt终止的PtFe/Pt（001）表面上用反应分子束外延法生长CoO，室温下得到六方表面和单斜畸变CoO 3 nm薄膜。这种扭曲的PtFe CoO层与PtFe（001）层耦合，建立了稳健的垂直交换偏置偏移。软X射线吸收光谱提供了一个完整的描述的CoO/PtFe双层的自旋取向。交换偏置位移保持到Neel反铁磁有序温度TN=293 K。这个独特的例子的selfsame值的阻塞和排序的温度，但相同的散装订购温度，可能与原始应变引起的扭曲和加强两个有序的自旋层之间的相互作用。
2013-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Adsorbate-Mediated Growth of Rare-Earth Oxides on Silicon
在比较研究中，用反应分子束外延法在氯、镓和银钝化的Si（111）上沉积了超薄氧化铈薄膜。这些薄膜的结晶度已被其特征在于由X射线驻波，而氧化态的稀土氧化物（REOx）薄膜和化学界面组合物已被揭示由硬X射线光电子能谱学。使用Cl作为钝化剂导致具有处于3+氧化态的RE金属的高度结晶的REOx膜的外延生长，同时有效地抑制界面处的硅酸盐和氧化硅的形成。相比之下，Ga和Ag的预吸附产量膜的质量较差，在银的情况下，甚至更低的结晶度比没有钝化。进一步的研究表明，Cl-钝化也导致在氧化镧REOx多层膜上的氧化镧薄膜的优异质量，这有利于良好有序的氧化铈的生长。
2013-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface Effects on Oxide Heterostructures
我们报告了表面效应对LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$外延异质结构界面电子性质的影响。我们的研究结果是基于第一性原理的电子结构计算以及放松的多层配置，终止于一个pull-LaAlO $_3$表面层。在改变这层的厚度，我们发现，界面导电状态受到几乎刚性的能带位移由于修改后的费米能量。根据实验数据，异质界面的电子性质可以通过改变表面-界面距离来系统地调节。我们预计，这种机制是非常普遍的，适用于大多数氧化物异质结构。
2007-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin BaTiO3 templates for multiferroic nanostructures
研究了高质量BaTiO_3薄膜的结构、电学和介电性能。薄膜，这是通过臭氧辅助的分子束外延生长在Nb掺杂的SrTiO 3（001）衬底上，并具有薄的8个晶胞（3.2 nm）的厚度，是未重构的和原子级光滑的大结晶平台。应变驱动的过渡到3D岛的形成，观察膜的13个单元电池的厚度（5.2 nm）。高结构质量的表面，与介电性能类似的散装钛酸钡和主要是TiO 2表面终止，使这些薄膜的合适的模板，用于合成高品质的金属氧化物多铁性异质结构的基础研究和开发的磁电效应，如最近提出的界面效应在Fe/BaTiO 3异质结构的基础上Fe-Ti界面键。
2011-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of superconductivity in ultrathin NbS2
本文系统地研究了剥离层状2 H-NbS 2的厚度依赖性超导电性和载流子输运性质。霍尔效应测量表明，2 H-NbS 2在其正常状态下是一个p型金属与空穴迁移率为1-3厘米2/Vs的超导转变温度被发现随厚度降低。我们发现，超导电性的抑制是由于从大气中的氧和减少空穴密度的掺入造成的无序。横截面透射电子显微镜（TEM）成像揭示了在环境条件下的NbS 2的化学变化，导致在形成的非晶氧化物层包围结晶层状NbS 2。虽然几纳米厚的2 H-NbS 2在环境条件下完全转化为非晶氧化物，但PMMA封装防止了进一步的化学变化并保持了超导性。
2018-03-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Room Temperature Magnetic Order in Air-Stable Ultra-Thin Iron Oxide
某些二维（2D）材料表现出有趣的性质，如谷极化，铁电性，超导性和电荷密度波。许多这些材料可以在环境条件下手动组装成原子级多层器件，这是由于它们具有出色的化学稳定性。已经做出努力通过缺陷向这些2D材料添加磁性自由度，但是仅实现了局部磁性。只有最近发现的二维材料支持内在铁磁性堆叠自旋电子器件成为现实。由于这些铁磁体对环境退化的敏感性，在环境条件下用这些铁磁体组装2D多层器件仍然具有挑战性，并且在室温下的磁有序在范德华材料中是罕见的。在这里，我们报告的空气稳定的超薄ε相氧化铁晶体，在室温下表现出磁秩序的增长。这些晶体不需要钝化，可以通过成本效益高的化学气相沉积（CVD）大量制备。我们发现，在能量上是不利的，不形成散装，可以很容易地在2D下到7个晶胞厚度的α相。单个晶体的磁光克尔效应（MOKE）磁力测量表明，即使在这个磁极限下，铁磁相也表现出强大的磁性，矫顽场为数百mT。这些测量结果突出了铁氧化物的优势，作为一个有前途的候选人对空气稳定的二维磁性和集成到二维自旋电子器件。
2018-05-25 cond-mat.mtrl-sci
