SrTiO$_3$ termination control: A method to tailor the oxygen exchange kinetics
我们提供的见解，在还原性气体环境中退火过程中的钙钛矿模型材料SrTiO 3的表面终止对氧空位掺入的影响。我们提出了一种新的方法来控制定制的氧空位的形成，通过控制终止。我们证明了一个SrO-终止可以抑制整个（100）-表面的氧空位的掺入，并将其应用于控制它们在薄膜生长过程中的掺入。利用LaAlO 3和SrTiO 3之间的导电界面，我们可以通过在界面处的SrO终止水平来定制基于氧空位的电导率贡献。
2019-07-13 cond-mat.mtrl-sci
The role of oxygen vacancies in SrTiO3 at the LaAlO3/SrTiO3 interface
钛酸锶（SrTiO 3）是一种广泛应用于电子氧化物薄膜器件的衬底材料，具有许多令人感兴趣的特性。在与类似的氧化物材料LaAlO 3的组合中，它最近受到了极大的关注。结果表明，在SrTiO 3和LaAlO 3之间的界面处形成二维电子气，导致高的电导率和迁移率。在这份报告中，我们证明了这些异质结构的输运性质是非常敏感的薄膜生长过程中的沉积参数。使用阴极和光致发光的研究结合电输运性能和微观结构的测量，我们表明，在LaAlO 3/SrTiO 3界面处观察到的电子性质可以解释由氧还原SrTiO 3。此外，我们表明，氧可以被推入和推出的样品，但重新氧化的最初氧耗尽LaAlO 3/SrTiO 3异质结构的存在下，部分地防止了薄膜。
2006-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Exceptionally Long-ranged Lattice Relaxation in Oxygen-deficient Ta2O5
采用第一性原理计算研究了缺氧Ta_2 O_5的晶格弛豫。电荷中性氧空位的存在可以导致从空位位置延伸超过18埃的长程晶格弛豫。晶格弛豫对空位形成能和电子结构有重要影响。用Hellmann-Feynman力和与Ta-O键长变化有关的势能面解释了晶格弛豫的长程行为。
2014-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Transition Between Thermodynamically Stable Phases with Low Density of Oxygen Vacancies on SrTiO$_3$(110) Surface
用扫描隧道显微镜和密度泛函理论（DFT）计算研究了SrTiO $_3$（110）的表面重构。通过调节表面金属浓度[Sr]或[Ti]来控制（4 $\times$ 1）和（5 $\times$ 1）之间的可逆相变。通过对表面原子结构的解析，DFT计算证实了Sr或Ti的化学势对相稳定性的影响。特别地，在热稳定化的SrTiO $_3$（110）表面上，氧空位的密度低。
2011-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Domain Wall Conductivity in Oxygen Deficient Multiferroic YMnO3 Single Crystals
用导电原子力显微镜和压电响应力显微镜研究了缺氧多铁性YMnO_3单晶中畴壁的输运性质。畴壁在电场中极化后表现出显著增强的电导，这可能是由畴壁处的氧空位有序化引起的。电子传导可以通过肖特基发射和Fowler-Nordheim隧穿机制来理解。研究结果表明，通过对极化场中有序氧空位的调控，可以实现对畴壁电导的能带结构工程调控。
2012-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies in strained SrTiO$_{3}$ thin films: formation enthalpy and manipulation
本文报道了电子掺杂SrTiO $_{3}$薄膜在不同外延应力下氧空位形成的焓。我们表明，无论是压缩和拉伸应变降低这个能量在一个非常相似的速度，并促进稳定的双电离氧空位的形成。此外，我们还表明，在典型的生长条件下引入的无意阳离子空位，产生TiO $_6$八面体的特征旋转模式。氧空位的局部浓度可以通过具有AFM针尖的电场来调制，不仅改变局部电势，而且产生非易失性机械响应，其符号（上/下）可以通过电场反转。
2017-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Surface and interface effects in oxygen deficient SrMnO$_3$ thin films grown on SrTiO$_3$
复杂的氧化物功能，如铁电性，磁性或超导性，往往是在外延薄膜的几何形状。氧空位往往是这些材料中的主要缺陷类型，但到目前为止，对它们的稳定性和电子结构的基本理解大多建立在体块或应变体块中，忽略了薄膜几何形状中存在的界面和表面。本文通过密度泛函理论计算研究了在SrTiO $_3$（STO）（001）衬底上生长的SrMnO $_3$（SMO）薄膜模型体系中的氧空位。结构和电子的差异相比，散装SMO的结果主要是在膜表面的配位不足。改变的晶体场导致子表面的价带状态的耗尽和转移这种电荷到表面Mn原子，这两者都强烈影响膜中的缺陷化学。结果是与较深层相比，表面区域中的氧空位的强烈偏好。最后，对于衬底中的亚稳态氧空位，我们预测缺陷与其过量电荷在空间上分离，后者被容纳在薄膜中但靠近衬底边界。这些结果表明，表面和界面效应导致显着差异的稳定性和电子结构的氧空位在薄膜的几何形状相比，（应变）散装。
2021-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Persistent metal-insulator transition at the surface of an oxygen-deficient, epitaxial manganite film
氧的化学计量比对复合氧化物的物理和化学性质有很大的影响。例如催化和电化学中的大多数功能特别取决于氧化学计量的控制。为了了解缺氧复合氧化物的本征表面的基本性质，我们报告在原位温度相关的扫描隧道光谱实验原始缺氧，外延锰氧化物薄膜。虽然这些膜是绝缘的，在随后的非原位在平面内的电子输运实验在所有温度下，原位扫描隧道光谱数据显示，这些膜的表面表现出金属-绝缘体转变（MIT）在120 K，符合铁磁有序的小集群在大部分的缺氧膜的发病。非化学计量比薄膜的表面MIT转变温度与完全氧化的体相的惊人接近表明，在表面区域中的电子性质不会受到体相中氧不足的显著影响。这对理解和功能设计复杂的氧化物及其具有特定电子性质的催化，氧化物电子学和电化学界面具有重要意义。
2014-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Density functional characterization of the antiferromagnetism in oxygen-deficient anatase and rutile TiO2
我们提出的理论证据的局部磁矩的钛离子在缺氧的氧化铝和金红石型TiO 2在最近的实验中观察到[S. Zhou等人，B79，113201（2009）]。我们的第一性原理GGA+U计算结果表明，氧空位将两个Ti 4+离子转化为两个Ti 3+离子，这导致每个Ti 3+的局部磁矩为1.0 $μ_B$。然而，这两个Ti 3+离子形成稳定的反铁磁状态，并且在缺氧的金红石相TiO 2中也观察到类似的反铁磁。计算结果与实验观察到的缺氧Ti-O体系的类反铁磁行为符合得很好。
2009-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pressure-induced metal-insulator transition in oxygen-deficient LiNbO$_3$-type ferroelectrics
流体静压和氧空位通常对铁电材料具有有害影响，因为两者都倾向于降低它们的极化。在这项工作中，我们使用第一性原理计算研究一类重要的铁电材料-LiNbO $_3$型铁电体（LiNbO $_3$为原型），并发现，在缺氧LiNbO $_{3-δ}$，静水压力诱导一个意想不到的金属-绝缘体之间的转变8和9 GPa。我们的计算还发现，强极性位移坚持在金属和绝缘缺氧铌酸锂$_{3-δ}$和极性位移的大小是原始铌酸锂$_3$在相同的压力下。这些性质不同于广泛使用的钙钛矿铁电氧化物BaTiO $_3$，其极化被流体静压力和/或氧空位快速抑制。在缺氧LiNbO $_{3-δ}$中的异常压力驱动的金属-绝缘体转变起因于氧空位缺陷态的变化。流体静压增加了缺氧LiNbO $_{3-δ}$的极性位移，这减小了缺陷态的带宽，并最终将其转变为带隙态。在绝缘阶段，在流体静压下，带隙内态被进一步推离导带边缘，这增加了基本带隙。我们的工作表明，对于LiNbO $_3$型强铁电体，氧空位和静水压力的组合可以导致新的现象和潜在的功能，在钙钛矿铁电氧化物，如钛酸钡$_3$发生的有害影响。
2021-11-01 cond-mat.mtrl-sci
DC Resistance Degradation of SrTiO$_3$: The Role of Virtual-Cathode Needles and Oxygen Bubbles
本研究的高度加速寿命测试的SrTiO $_3$，模型半导体氧化物，是出于对可靠的多层陶瓷电容器和电阻开关薄膜器件的兴趣。我们的分析解决方案，在直流电压下的氧空位迁移-电阻退化的原因在SrTiO $_3$ -同意与以前的数值解。然而，所有的解决方案都无法解释为什么降解动力学具有非常强的电压依赖性，我们将其归因于阴极引发的快速导电针的成核和生长。虽然它们在SrTiO $_3$单晶中没有颜色对比度，并且名义上是不可见的，但通过原位热台摄影明确揭示了DC降解样品-在硅油和空气中-中的针状物存在。在硅油中的观察和电压边界条件的热力学考虑进一步揭示了大量氧气起泡和最终加速降解的开始的共同发生，表明突然的氧气损失是最终失效的前兆。值得注意的是，未掺杂和Fe掺杂的SrTiO $_3$都可以在较高的电流密度下发射电致发光，从而提供了电阻退化和冷却期间金属到绝缘体电阻转变的生动指示。这些研究结果的影响，薄陶瓷和薄膜SrTiO $_3$设备进行了讨论，随着连接到类似的研究结果，在同样退化的快离子氧化钇稳定的氧化锆。
2020-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical coupling of polar topologies and oxygen octahedra rotations in PbTiO$_3$/SrTiO$_3$ superlattices
该研究通过模拟发现PbTiO$_3$/SrTiO$_3$超晶格中极性拓扑与氧八面体旋转存在互易的机械耦合，每种极性织构对应特定旋转模式，反之亦然。
2025-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy-induced charge carrier in n-type interface of LaAlO3 overlayer on SrTiO3 (001): interface vs bulk doping carrier
采用密度泛函理论研究了SrTiO_3（STO）（001）表面LaAl_3（LAO）覆盖层n型界面中氧空位的作用。通过比较不同位置的单空位构型的总能量，发现氧空位优先出现在LAO表面。这些表面氧空位在界面处产生二维载流子分布，导致STO侧界面处的能带弯曲。界面处的感应载流子电荷部分或完全补偿了LAO中的极性电场，这取决于LAO表面氧空位的浓度。此外，还介绍了STO中氧空位的电子性质。STO中的每个氧空位产生两个电子载流子，但这两个载流子电荷对LAO中的屏蔽极场没有影响。在界面处的能带结构依赖于氧空位的浓度，并与实验结果进行了比较。
2009-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Tuning oxygen vacancy diffusion through strain in SrTiO$_3$ thin films
了解在不同的外部刺激下的氧化物中的氧空位的扩散是至关重要的离子基电子器件的设计，提高催化性能等。在这篇手稿中，使用由AFM针尖产生的外部电场，我们得到了室温下的氧空位在薄膜中的扩散系数的SrTiO $_3$在压缩/拉伸外延应变。拉伸应变产生的扩散系数的大幅增加，促进通过膜的空位的流动性。此外，针尖偏压，脉冲时间，和温度上的局部浓度的空位的影响进行了研究。这些是在基于离子的忆阻器件中的非易失性状态的产生和稳定中的重要控制参数。我们的研究结果表明，在薄膜氧化物中的氧空位迁移的控制所发挥的关键作用的应变。
2018-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Effects of interface oxygen vacancies on electronic bands of FeSe/SrTiO3(001)
通过第一性原理超原胞计算研究了由于支撑SrTiO 3（001）衬底中的氧空位引起的FeSe薄膜的电子能带的变化以及与自旋轨道耦合、磁性和外延的相互作用。展开（k-投影）带显示，氧空位既提供电子掺杂的界面FeSe层，也有显着的影响的费米能级周围的带的细节，包括重新归一化的Fe-3d带的宽度附近的费米能级的约0.6的一个因素，并导致分裂的~40 meV的棋盘式反铁磁配置的M点。对于FeSe双层，对能带的修改主要限于界面FeSe层。虽然理想FeSe/SrTiO 3（001）界面在M处的~30 meV的自旋轨道耦合诱导的带分裂与氧空位引起的分裂相当，但效果不是简单的相加。计算和比较我们的扫描隧道显微镜图像的分子束外延生长的FeSe薄膜上的SrTiO 3（001）表明，一个共同的缺陷可能是硒结合到一个氧空位的界面
2017-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Influence of oxygen pressure and aging on LaAlO3 films grown by pulsed laser deposition on SrTiO3 substrates
比较了在氧压为10-3 mbar和10-5 mbar的条件下，脉冲激光沉积在SrTiO 3衬底上生长的LaAlO 3薄膜的晶体结构，其中烧蚀物种的动力学几乎不依赖于氧背景压。结果表明，当氧分压较低时，LaAlO 3和SrTiO 3之间的界面较尖锐。随着时间的推移，观察到各种结晶相的形成，而LaAlO 3层的结晶厚度保持不变。X射线散射以及原子力显微镜测量表明这种相的三维生长，这似乎是从一个无定形的盖帽层存在于生长的样品喂。
2014-10-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum Conductance Probing of Oxygen Vacancies in SrTiO3 Epitaxial Thin Film Using Graphene
研究了外延SrTiO 3（STO）薄膜上单层石墨烯的量子霍尔电导，以了解氧空位在决定STO介电性能中的作用。随着栅极电压扫描范围在我们的设备中逐渐增加，我们观察到从石墨烯中的滞后电导行为证明的氧空位的系统生成和湮灭。此外，基于实验观察到的有效电容和电压扫描范围之间的线性标度关系，一个简单的模型被构造来体现STO与氧空位的介电性能之间的关系。石墨烯中固有的量子霍尔电导可以被认为是一种灵敏、稳健和非侵入性的探针，用于理解复杂过渡金属氧化物中的电子和离子现象，而不会损害下面的氧化物层。
2017-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Revealing Optically Induced Magnetization in SrTiO$_3$ using Optically Coupled SQUID Magnetometry and Magnetic Circular Dichroism
在这项工作中，我们研究的时间和温度依赖性的光致磁化强度在轻微缺氧的SrTiO $_{3-δ}$体晶体使用光耦合SQUID磁强计。我们发现，在零磁场下，圆偏振的亚带隙光可以在SrTiO $_{3-δ}$中诱导出微弱的（$\sim$ 5 $\times$ 10 $^{-7}$ ~emu）但寿命极长（小时）的磁矩.我们利用这种效应来证明，SrTiO $_{3-δ}$晶体可以被用作一个光学可寻址的磁存储器，通过写入和随后读取磁图案与光。的诱导磁化是一致的，与独立的氧空位相关的复合物的极化合奏，而不是从集体或长程磁秩序。
2014-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Conductivity of LaAlO/SrTiO3 Interfaces made by Sputter Deposition
我们研究了生长在SrTiO_3衬底上的LaAl_3薄膜的界面性质。我们在高压氧气气氛中使用RF溅射。膜是光滑的，具有平坦表面。透射电子显微镜显示原子尖锐和连续的界面，而EELS测量显示一些轻微的混合。用EDX法测得La与Al的元素比为1.07。重要的是，我们发现这些接口是不导电的，这表明溅射的接口是不电子重建的方式报告的脉冲激光沉积生长的薄膜，因为化学计量，混合和氧空位之间的不同的相互作用。
2011-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polaron mobility in oxygen-deficient and lithium doped tungsten trioxide
本文研究了单斜三氧化钨中的电子局域化和极化子迁移率。我们发现，在氧空位的存在下形成的小极化子更喜欢双极化$W^{5+}- W^{5+}$配置，而$W^{6+}- W^{4+}$配置被发现是亚稳态的。我们的计算表明，双极化子被空位紧紧束缚，因此在很大程度上是不动的。相反，由于Li嵌入而形成的极化子可以是移动的，在这种情况下极化子跳跃的激活能取决于结晶方向在98和124 meV之间变化。在$Li-WO_{3}$中可能形成$W^{5+}- W^{5+}$双极化子。当位于沿$[001]$的双极化子配置是8毫电子伏的能量低于两个单独的$W^{5+}$极化子。
2015-09-20 cond-mat.mtrl-sci
The interplay of electronic reconstructions, lattice distortions, and surface oxygen vacancies in insulator-metal transition of LaAlO$_{3}$/SrTiO$_{3}$
LaAlO $_{3}$在SrTiO $_{3}$上的界面导电性及其绝缘体-金属转变的机制仍存在争议。在这里，使用密度泛函理论计算，我们建立了一个全面的和连贯的图片，电子重构，晶格畸变，和表面氧空位的相互作用完全补偿的极化电位发散在LaAlO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$，自然地解释在不同条件下的实验观察。虽然晶格畸变和LaO和AlO $_2$亚层之间的电荷重新分布在绝缘状态中起主导作用，但在LaAlO $_{3}$表面每个AlO $_{2}$亚层上自发出现1/4的氧空位，并伴随着0.5 $e^{-}$电荷转移到界面中，这是导致界面电导和LaAlO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$中不连续转变的原因。模型还解释了不同生长条件下制备的LaAlO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$的性质。
2015-07-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Hafnium carbide formation in oxygen deficient hafnium oxide thin films
在被碳氧化物吸附物污染的高度缺氧的氧化铪（Al 2 O3，HfO $_{2-x}$）薄膜上，在低至600 °C的温度下真空退火期间在表面形成碳化铪（HfC $_x$）。使用X-射线光电子能谱学的演变的HfC $_x$表面层相关的从绝缘到金属状态的转变进行监测原位。相比之下，对于在相同条件下制备和测量的完全化学计量的HfO $_2$薄膜，没有检测到HfC $_x$的形成，这表明碳氧化物在缺氧膜上的增强的吸附为碳化物的形成提供了碳源。这表明，在碳污染的氧化铪中高浓度的氧空位显著降低了碳化铪的形成能。因此，在电阻式随机存取存储器装置中存在足够量的残余碳可能由于焦耳加热而导致在导电细丝内形成类似的碳化物。
2016-06-27 cond-mat.mtrl-sci
High-mobility two-dimensional electron gas in $γ$-Al$_2$O$_3$/SrTiO$_3$ heterostructures
在$γ$ O $_3$（GAO）和SrTiO $_3$（STO）（GAO/STO）之间的界面中的二维电子气（2DEG）的起源以及2DEG的高迁移率的原因仍然是有争议的。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了[001]取向的GAO/STO异质结的电子结构.计算结果表明，GAO/STO异质结构具有Al和TiO $_2$层组成的界面是形成2DEG的必要条件。对于在GAO侧没有氧空位的异质结构，2DEG起源于界面附近的极性不连续性，并且对于GAO膜存在临界厚度，低于该临界厚度，2DEG将不存在并且异质结构呈现绝缘体特性。对于只有GAO膜含有氧空位的情况，界面附近的极性不连续消失，但二维电子气仍然存在。在这种情况下，用于2DEG形成的GAO膜的临界厚度也不存在。当GAO膜和STO衬底都含有氧空位时，发现只要STO侧的氧空位不非常靠近界面，2DEG就保留。在这些GAO/STO异质结中的2DEG的低温迁移率被认为是由电离杂质散射控制的，并且$\sim$是LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$异质结中的3到$\sim$。2DEG的高迁移率主要是由于GAO/STO异质结构中小的电子有效质量。
2022-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Critical influence of target-to-substrate distance on conductive properties of LaGaO3/SrTiO3 interfaces deposited at 10-1 mbar oxygen pressure
我们研究了脉冲激光沉积的LaGaO 3/SrTiO 3在10-1毫巴的氧气背景压力，展示了关键的效果的目标到衬底的距离，dTS，对界面薄层电阻，Rs。通过逐渐减小dTS，界面从绝缘转变为金属。LaGaO 3羽流的分析证明了羽流传播动力学对界面性质的重要作用。这些结果表明，在10-1毫巴的氧压下的导电界面的生长，一个实验条件，其中良好的氧合异质结构与减少的氧缺陷的含量是预期的。
2012-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unidirectional charge orders induced by oxygen vacancies on SrTiO$_3$(001)
本研究利用低温扫描隧道显微镜/谱技术，揭示了SrTiO$_3$(001)表面氧空位在破缺旋转对称性下诱导的单向电荷序，为理解钙钛矿氧化物异质结构的复杂电子行为提供了重要见解。
2024-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Growth control of oxygen stoichiometry in homoepitaxial SrTiO3 films by pulsed laser epitaxy in high vacuum
在许多过渡金属氧化物（TMO）中，氧化学计量是最关键的参数之一，在决定材料的结构、物理、光学和电化学性质方面起着关键作用。然而，控制生长以获得具有正确的氧化学计量的高质量单晶膜，特别是在高真空环境中，已被视为一个挑战。在这项工作中，我们表明，通过适当的控制羽动能，化学计量的结晶薄膜可以合成没有产生氧缺陷，即使在高真空。我们使用一个模型同质外延系统的SrTiO 3（STO）薄膜单晶STO衬底上。物理性质的测量表明，在高真空中的氧空位产生的强烈影响的能量的激光羽，它可以通过适当的激光束传输控制。因此，我们的发现不仅提供了必要的洞察到氧化学计量控制在高真空中理解的STO基薄膜和异质结构的基本性质，但扩展了其他材料的脉冲激光外延的效用以及。
2016-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Metallicity of the SrTiO3 surface induced by room temperature evaporation of alumina
结果表明，电子束蒸发缺氧氧化铝或绝缘颗粒铝可在SrTiO_3晶体表面诱导出金属态。不需要对SrTiO 3表面进行特殊的制备或加热。根据蒸发过程中的氧压，可以获得最终的金属或绝缘状态。光电导和电场效应也被证明。
2012-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Electron Correlation in Oxygen Vacancy in SrTiO$_3$
氧空位是过渡金属氧化物中一种重要的缺陷类型。在SrTiO $_3$中，它们被认为是本征晶体中的主要施主。同时，广泛报道了与空位相关的相对深的能隙状态。为了解释这种不一致性，我们研究了SrTiO $_3$中氧空位（OV）的电子相关效应。当考虑相关性时，我们发现光生局域能级最多只能俘获一个电子，而第二个电子占据导带。我们的研究结果提供了一个自然的解释，如何在SrTiO $_3$ OV可以产生一个深的间隙水平（约1 eV以下的导带底）的光电发射，并在同一时间是一个电子供体。我们的分析表明，在SrTiO $_3$中的OV基本上应被视为磁性杂质，其深能级总是由于强库仑排斥而被部分占据。导出了一个基于OV的Anderson杂质模型，并讨论了它的意义。
2013-11-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetism, spin texture and in-gap states: Atomic specialization at the surface of oxygen-deficient SrTiO$_3$
基于最近对SrTiO $_3$（001）面附近存在氧空位的二维电子态的自旋和角度分辨光电能谱（SARPES）测量，我们利用从头算密度泛函理论（DFT）方法研究了它们的自旋结构.相对论性DFT计算显示了Rashba式自旋缠绕，分裂为几个meV，当包含Ti离子的表面磁性时，带在$Γ$点变为自旋分裂，能量差约为100 meV，与SARPES结果一致。虽然磁性倾向于抑制相对论Rashba相互作用的影响，但它的签名仍然在复杂的自旋纹理方面清晰可见。此外，我们还观察到一种原子特化现象，即两种类型的电子贡献：一种是来自邻近氧空位的Ti原子，它们获得了相当大的磁矩，主要产生隙内态;另一部分来自离氧空位较远的Ti原子的部分极化t $_{2g}$巡游电子，它们形成了二维电子系统，并负责Rashba自旋缠绕和费米面处的自旋分裂。
2016-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineering Surface Oxygen Vacancies in $\mathrm{SrTiO_3}$ to Form a High Mobility and Transparent Quasi Two dimensional Electron System
准二维电子系统（q-2DES）形成在各种异质结构中，包括氧化物界面。已知氧化物如$\mathrm{SrTiO_3}$中的氧空位（OV）产生电子载流子。这里显示了一种使用低能量$\mathrm{H_2}$等离子体在表面上产生$\mathrm{SrTiO_{3-δ}}$的新方法。这导致q-2DES的迁移率高达$μ\sim 20,000 \; cm^2V^{-1}s^{-1}$，显示量子振荡的磁阻。我们可以通过调整工艺压力来实现更尖锐或更弱的限制势。具有更尖锐约束的系统显示出更清晰的量子振荡和近藤式的电阻温度依赖性。靠近表面的OV表现得像相关的安德森杂质是近藤行为的原因。量子振荡在弱约束系统中不太突出。随着温度的升高，出现了从弱局域化到反局域化的交叉，但没有近藤行为。该方法还产生了适于光刻图案化的透明导体。该导体的标准品质因数在可见光范围内与多晶ITO膜相当，并以类似的性能延伸到$λ$ $\sim 1.5$ $μm$电信波长。
2022-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Hydrogen-substituted superconductors SmFeAsO1-xHx misidentified as oxygen-deficient SmFeAsO1-x
在高压合成条件下，通过改变Sm：Fe：As：O = 1：1：1：1-x前驱体周围气氛，研究了1111型SmFeAsO氧位电子掺杂的择优取向。在H_2O和H_2气氛下，将H_2O或H_2分子中的氢作为氢离子引入到氧位，得到SmFeAsO_（1-x）H_x。然而，当从合成过程中去除H2O和H2源时，获得接近化学计量的SmFeAsO，并且引入的氧空位的最大量保持x = 0.05（4）。密度泛函理论计算表明，在SmFeAsO的氧位上，氢以H-的形式取代比氧空位的形成更稳定.这些结果强烈暗示，缺氧SmFeAsO 1-x以前报道的是SmFeAsO 1-xHx与氢化物离子纳入无意中在高压合成。
2015-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Ferrimagnetism induced by thermal vibrations in oxygen-deficient manganite heterostructures
该研究基于密度泛函理论提出，在缺氧锰氧化物异质结构中利用热振动引起的氧空位择优位移来诱导亚铁磁性，并揭示其随温度先增强后消失的独特可检测规律。
2024-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Conducting interfaces between amorphous oxide layers and SrTiO3(110) and SrTiO3(111)
（110）和（111）SrTiO 3（STO）单晶衬底与非晶氧化物层LaAlO 3（a-LAO）、Y：ZrO 2（a-YSZ）和SrTiO 3（a-STO）之间的界面在临界厚度tc以上变得导电。结果表明，a-LAO的tc与衬底取向无关，即tc（a-LAO/（110）STO）~ tc（a-LAO/（111）STO）界面，而与非晶氧化物的组成密切相关：tc（a-LAO/（110）STO）< tc（a-YSZ/（110）STO）< tc（a-STO/（110）STO）。结果表明，非晶型界面氧空位的形成主要取决于沉积金属离子的氧亲和力，而不是取向依赖的空位生成和扩散焓。LAO/STO（110）非晶界面和晶态界面的扫描透射显微镜表征显示前者中的氧空位量高得多，为这些界面中不同的导电机制提供了实验证据。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensionality of mobile electrons at X-ray-irradiated LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ interfaces
利用软X射线ARPES研究了低氧压下生长的LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$（LAO/STO）样品在X射线辐照后电子结构的变化。在低于~ 100 K的低样品温度下的辐照产生氧空位（VO），将Ti t2 g电子注入界面移动电子系统（MES）。在该温度下，氧向外扩散被抑制，并且预计VO主要出现在顶部STO层中。然而，我们在我们的样品中观察到X射线产生的MES的明显的三维（3D）特征，表明其向STO深度的大延伸，这与标准化学计量LAO/STO样品中MES的纯二维（2D）特征形成对比。基于自相互作用校正的DFT计算的MES引起的VOs在接口和STO散装，我们讨论了这种令人困惑的三维可能的机制。它们可能涉及在更深的STO层中的VOs残留，光电导诱导的金属态以及更奇特的机制，如X射线诱导的Frenkel对的形成。
2021-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface composition of BaTiO3/SrTiO3(001) films grown by atomic oxygen plasma assisted molecular beam epitaxy
利用原子氧辅助分子束外延（AO-MBE）和专用的Ba和Ti Knudsen池，研究了在纯的和掺1%Nb的SrTiO 3（001）单晶上生长BaTiO 3薄膜的过程。对于各种层组合物，研究了高达30 nm的厚度。我们展示了2D生长和外延单晶钛酸钡层高达10纳米之前，额外的3D功能出现;晶格参数弛豫发生在最初的几个纳米，并在»10纳米完成。可能有利于2D生长的富含Ba氧化物的顶层的存在被证明是结晶良好的层。我们表明，Ba氧化物丰富的顶层可以通过化学蚀刻去除。目前的工作强调钛酸钡层的化学计量和表面组成的重要性，特别是考虑到它们在设备中的集成。
2012-11-29 cond-mat.mtrl-sci
The impact of niobium doping upon the magnetotransport properties of the oxygen-deficient perovskite SrCo1-xNbxO3-d
采用直接固相反应法合成了贫氧钙钛矿型钴酸盐SrCo 1-xNbxO 3-d，并对其磁输运性质进行了研究。这种钴酸盐表现出不寻常的铁磁行为，其转变温度Tm = 130-150 K，并且在低于Tm时表现出类似自旋玻璃的行为。重要的是，该相达到大的磁电阻（MR）值，MR = -（rH-r 0）/r 0 = 30%，在5 K下在7 T下。大的MR效应被认为是与由Nb替代Co引起的无序磁状态有关。
2005-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen Chemical Diffusion Coefficient in Manganite Thin Films by Isothermal Electric Resistivity Measurements
本文报道了最佳掺杂的La_（0.85）Na_（0.15）MnO_3锰氧化物薄膜（LNMO）氧扩散系数的测定。通过对生长在SrTiO 3（100）和SrTiO 3（110）上的两种不同外延取向的薄膜的等温电导率测量进行了研究。氧扩散系数的值约为10-14 cm 2 s-1。c取向膜的扩散似乎比另一种膜（在SrTiO 3（110）上生长）更快。对于SrTiO 3（100）上的LNMO膜，扩散过程的活化能为0.35 eV，对于SrTiO 3（110）上的LNMO膜，为0.66 eV。一个可能的原因，占两个电影之间的不同行为提出。
2003-10-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic Structures of Oxygen-deficient Ta2O5
我们提供了一个第一性原理描述的结晶和缺氧Ta2O5使用精细的计算方法和模型。通过对一些候选结构进行计算，我们确定了低温相和几种稳定的氧空位构型，这与以前的结果有明显的不同。最稳定的电中性空位在导带底部附近产生浅能级。研究了不同荷电状态下的稳定性。在此基础上，我们讨论了能级结构对实验的影响，包括Ta2O5基电子器件和催化剂中的漏电流。
2012-11-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Control of a two-dimensional electron gas on SrTiO3(111) by atomic oxygen
我们报道了在（111）取向SrTiO 3的裸露表面上形成二维电子气（2DEG）。角分辨光电子能谱实验揭示了具有6重对称费米面和强各向异性有效质量的高度巡回载流子。的2DEG的电子结构是在良好的协议与自洽的紧束缚超原胞计算，将由于表面能带弯曲的限制电位。我们进一步证明，交替暴露的表面紫外光和原子氧允许调整的载流子密度和完全抑制的2DEG。
2014-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Charge storage in oxygen deficient phases of TiO$_2$: defect Physics without defects
半导体中的缺陷可以表现出多个电荷状态，这可以用于电荷存储应用。在这里，我们考虑这样的电荷存储在一系列的TiO $_2$的缺氧相，称为Magnéli相。这些Ti $_n$ O $_{2n-1}$ Magnéli相呈现出明确的晶体结构，即：例如，它们与化学计量的偏差通过空间群的变化而不是点缺陷来调节。我们发现，这些阶段表现出中间带与相同的电子四重施主跃迁类似的间隙钛缺陷能级在TiO $_2$ -金红石。因此，Magnéli相表现得好像它们包含非常大的伪缺陷密度：$\frac{1}{2}$/公式单元Ti $_n$ O $_{2n-1}$。根据费米能量，整个材料将带电。这些晶体是天然的电荷存储材料，其存储容量可与最知名的超级电容器相媲美。
2016-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancy engineering in pulsed laser deposited BaSnO$_3$ thin films on SrTiO$_3$
该研究通过调节PLD生长BaSnO$_3$薄膜的背景氧压引入并追踪氧空位，揭示其对晶格、异质结构薄层电阻及界面金属导电的调控作用。
2025-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties and charge transport mechanisms in oxygen-deficient HfxZr1-xO2-y nanoparticles
Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院物理研究所）；Frantsevich Institute for Problems in Materials Science of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院弗拉琴科材料科学问题研究所）；Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Stockholm University, Department of Chemistry（斯德哥尔摩大学化学系）；Ye. O. Paton Institute of Materials Science and Welding, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”（乌克兰国立技术大学“伊戈尔·西科尔斯基基辅理工学院”叶·奥·帕顿材料科学与焊接研究所）
本研究揭示了氧缺陷氧化铪-氧化锆纳米颗粒的超顺磁和超铁电特性，发现其具有类超铁电响应和posistor效应，为开发新型铁电材料提供了新方向。
2026-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Photo-excited Charge Carrier Trapping and Defect Formation in Synergistic Doping of SrTiO3
钛酸锶（SrTiO3）由于其独特的带边排列而被广泛用作一种有前途的光催化剂，其相对于对应于析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的氧化和还原电位。然而，可以设想通过有效控制氧空位状态来进一步增强这种材料的光催化活性。这可以在SrTiO 3中的元素官能化的影响下基本上调谐光激发的载流子捕获，对应于缺陷形成能量。SrTiO_3中的电荷俘获态通过在Ti位上用p区元素如铝（Al）相对于相对氧空位的替代掺杂而降低。借助基于密度泛函理论（DFT）的电子结构计算方法，从缺陷形成能、能带边缘排列和相应的载流子复合几率的角度探讨了Al和Ir掺杂对SrTiO 3光催化分解水过程的协同效应.我们还系统地研究了Ir：Al功能化对贫氧SrTiO 3中费米和导带之间的受主能级位置的比率效应，这支配了载流子复合，因此相应的光催化效率。
2021-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Informatics-based learning of oxygen vacancy ordering principles in oxygen-deficient perovskites
本研究针对缺氧钙钛矿中氧空位有序化规律问题，提出基于(111)赝立方层均匀平面空位模式的生成算法，结合第一性原理计算明确稳定性影响因素，为定向设计新型化合物的空位结构提供了依据。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Redox-controlled epitaxy and magnetism of oxide heterointerfaces: EuO/SrTiO$_3$
我们展示了一种制备铁磁绝缘体一氧化铕薄膜的新途径。关键是金属Eu和作为氧供应者的衬底SrTiO $_3$之间的氧化还原控制的界面反应。该过程允许调整的EuO薄膜的电子，磁性和结构特性。此外，我们将这种技术应用于各种氧化物基板，并证明了氧化还原控制的氧化铕薄膜合成的普遍性和局限性。
2019-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Persistent photoconductivity in oxygen deficient YBCO/LCMO superlattices grown by PLD
本文报道了氧还原PLD生长的YBa_2Cu_3O_（7-δ）/La_（2/3）Ca_（1/3）MnO_（3-y）（YBCO/LCMO）超晶格中的大的持续光电导（PPC），它与单层YBa_2Cu_3O_（7-δ）薄膜中观察到的PPC相似。这些结果与以前在溅射双层样品中只发现瞬态光电导（TPC）的观察结果相矛盾，我们认为，超晶格中的PPC效应是由于YBa_2Cu_3O_（7-x）层与La_（2/3）Ca_（1/3）MnO_（3-y）之间有限的电荷转移引起的PPC效应。这种差异是由于界面上电荷的渗透性不同，并揭示了氧化物界面性质对制备细节的敏感性。
2013-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interface exchange processes in LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ induced by oxygen vacancies
理解氧化物异质结构中缺陷的作用对于未来的材料控制和功能化至关重要。因此，我们研究了不同浓度的氧空位（OVs）的影响在LaAlO $_3$/SrTiO $_3$界面的轨道和自旋交换的第一性原理多体理论和实空间模型哈密顿技术。Hubbard $U$和Hund的耦合$J_{\rm H}$的OV诱导的关联态之间的复杂的相互作用被证明。轨道极化对一个有效的$e_g$状态与主要的本地反铁磁对齐的Ti网站附近的OV与$t_{2g}(xy)$状态的铁磁倾向的缺陷的区域进行对比。不同的磁相被确定，从而引起不同的净矩行为在低和高OV浓度。这为利用氧化物界面的缺陷调控实现磁性定制提供了理论基础。
2015-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The cause of extremely long-lasting room-temperature persistent photoconductivity in SrTiO$_3$ and related materials
最近发现钛酸锶（SrTiO $_3$）显示出具有独特特性的持久光电导性：它在室温下发生并且持续很长时间。在室温下用亚带隙光照射SrTiO $_3$晶体将电阻降低三个数量级，并持续数周或更长时间（Tarun ${\it et\: al.}$，Phys.Rev.Lett. ${\bf 111}$，187403（2013））。实验表明，氧空位和氢起着重要的作用，但这种显着的效果负责的微观机制仍然是未知的。使用混合密度泛函理论计算，我们表明，与取代氢H $_{\rm O}^+$在光照下，成为双电离和离开氧网站，可以解释的不稳定性的实验观察。H $_{\rm O}$然后转变为间隙氢和氧空位，导致导带中的过量载流子。这种现象不仅限于SrTiO $_3$，而且预计也会发生在其他氧化物中。有趣的是，这种现象代表了一种优雅的方式来证明氢取代氧位点（H $_{\rm O}$）的存在，形成了一种有趣的，很少观察到的三中心两电子键。
2020-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Vacancy Induced Flat Phonon Mode at FeSe /SrTiO3 interface
SrTiO_3（STO）的高频光学声子模有助于最近在单层FeSe和STO衬底之间的界面处观察到的高温超导性。然而，这种模式的起源并不清楚。通过第一性原理计算，我们发现在STO衬底的表面层存在一种新的极性声子模，而在STO晶体中不存在这种模式。FeSe/STO界面附近的氧空位驱动该声子模式的色散是平坦的并降低其能量，而STO衬底和FeSe单层之间的电荷转移进一步将其能量降低至81 meV。这个能量与Lee等人的实验值吻合得很好，李等人拟合的声子模是造成所观察到的复制带分离和增加的超导能隙的原因。氧空位诱导的平坦和极性声子模为理解FeSe/STO界面处高Tc超导的起源提供了线索。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Oxygen vacancies in SrTiO$_{3}$ thin films at finite temperatures: A first-principles study
外延生长的SrTiO $_{3}$（STO）薄膜是许多关键的能量转换和信息存储技术的材料使能器，如电化学电极涂层、固体氧化物燃料电池和随机存取存储器。另一方面，氧空位（${\rm V_{O}}$）是理解和定制氧化物钙钛矿薄膜中实现的许多独特功能的关键缺陷。在这里，我们提出了一个全面的和技术上合理的从头描述${\rm V_{O}}$在外延应变（001）STO薄膜。我们的第一性原理研究的新颖之处在于在广泛的外延应变条件（$-4 \le η\le +4$ %）的形成能量和扩散性能的${\rm V_{O}}$晶格热激发纳入。我们发现，热晶格激发是必要的，以获得一个令人满意的协议之间的第一性原理计算和现有的实验数据${\rm V_{O}}$ STO薄膜的形成能量。此外，它示出，热晶格激发显着影响的能量障碍的氧离子扩散，强烈依赖于$η$和显着减少（增加）拉伸（压缩）应变下，也与实验观察一致。目前的工作表明，一个现实的理论描述氧化物钙钛矿薄膜中的氧空位是必要的，考虑晶格热激发，从而超越标准的零温度从头算方法。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Chiral magnetism and ordering of oxygen vacancies in SrTiO$_{2.5}$
本研究针对SrTiO$_3$中氧空位诱导奇异量子态的问题，通过密度泛函与动力学平均场理论计算，发现富空位SrTiO$_{2.5}$中TiO$_5$五面体的手性有序排列会伴随室温(111)方向净磁矩的手性磁态，可解释相关实验现象。
2023-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Raman and photoluminescence spectroscopic studies on structural disorder in oxygen deficient Gd2Ti2O7-d single crystals
本文报道了在氩气氛下用光学浮区法生长的Gd_2Ti_2O_（7-d）单晶中氧空位引起的结构无序的拉曼光谱和光致发光光谱研究。Gd 2 Ti 2 O 7-d晶片中的氧空位随着在空气气氛中的热退火而减少。生长后热退火的X射线衍射摇摆曲线的半高宽从245降低到157角秒，光学透射率从23%增加到87%（在1000 nm处）。拉曼光谱研究表明，随着热退火，O-Gd-O（Eg）和Ti-O（A1 g）伸缩模的强度单调增加。由于这些模式是与调制的氧x参数，这是敏感的Ti-O八面体畸变，拉曼强度的增加表明在Gd 2 Ti 2 O 7-d的氧亚晶格的结构有序性的改善。此外，光致发光的研究也证实了拉曼分析方面的减少与氧空位作为一个功能的热退火的结构缺陷。这项研究表明，使用拉曼光谱探测Gd 2 Ti 2 O 7-d晶体中的结构无序的有效性。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Variable-range-hopping conduction processes in oxygen deficient polycrystalline ZnO films
我们采用射频溅射沉积法制备了贫氧多晶ZnO薄膜。为了系统地研究这些样品中的电荷传输机制，在从300 K到液氦温度的宽温度范围内测量了电介电常数。我们发现，低于约100 K，可变范围跳跃（VRH）导电过程支配的电荷输运性质。特别地，Mott VRH传导过程在较高温度下占主导地位，而在较低温度下交叉到Efros-Shklovskii（ES）VRH传导过程。交叉发生在温度高达几十开氏度。此外，电阻率的温度行为在整个VRH导电制度从莫特型ES型过程中可以很好地描述了一个普遍的标度律。
2017-02-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Magnetic measurements and 57Fe Mossbauer spectroscopy in oxygen deficient SmFeAsO0.85
对T_c =52.4 K的缺氧高温超导体SmFeAsO_（0.85）进行了磁性测量和~（57）Fe穆斯堡尔谱研究。从交流测量的实部提取上临界行为（HC 2）值。HC 2的场依赖性与两带模型一致。穆斯堡尔谱在TC以下和TC以上分别由一个单线态和一个双线态组成，这是由于Fe离子在其附近分别有两个或一个氧离子。在与被两个氧离子包围的Fe离子相关的主要（~75%）单线态中没有观察到变化。另一方面，在TC以下，检测氧空位的二重态显示出明确的磁性六重态。这表明在微观水平上共存的两个相互排斥的状态，即：超导性，这是局限于Fe-As层和磁性，在相同的层。或者，双合线的超精细参数与在77 K下磁性有序的FeAs的报道值相似。因此，在TC以下观察到的磁性特征可能与作为额外相的FeAs有关。
2008-06-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
