Elektronu lādiņu pārdalījuma LaAlO3/SrTiO3 (001) nano-heterostruktūrās izpēte, izmantojot blīvuma funkcionāla teoriju

Abstract

Iespēja izveidot elektrovadošos interfeisus starp diviem platzonas izolātoriem LaAlO₃ un SrTiO₃ pēdējā laikā pievērš sev lielu zinātnisko interesi. Neskatoties uz daudziem pētījumiem, kas mēģina izskaidrot metālisko–izolējošo pāreju pārsvarā stehiometriskajos LaAlO₃/SrTiO₃ interfeisos, LaAlO₃ plānās kārtiņas nestehiometriskuma ietekme uz šo pāreju ir vāji saprasta. <br /> Šajā darbā, izmantojot korelācijas–apmaiņas hibrīdfunkcionāli B3PW, kas darbojas blīvuma funkcionāļa teorijas ietvaros, tika veikti lādiņa pārdalījuma pētījumi LaAlO₃/SrTiO₃(001) heterointerfeisiem, kuri nav stehiometriski pēc La/Al attiecības. Pamatojoties uz aprēķinu rezultātiem, ir paredzēts, ka La pārpalikums <i>n</i>-tipa interfeisos izraisa elektronu vadāmību, bet Al pārpalikums <i>p</i>-tipa interfeisos – caurumu vadāmību, neatkarīgi no LaAlO₃ plānās kārtiņas biezuma. <br /> Ir sagaidāms, ka šī paredzējuma rezultātiem var būt pozitīva ietekme uz ierīcēm, kuru darbība balstās uz LaAlO₃/SrTiO₃ metāliskās–izolējošās pārejas.

The possibility to create conducting interfaces between the band insulators LaAlO₃ and SrTiO₃ has recently attracted considerable scientific interest. Despite intense research efforts, undertaken to describe metal–insulator transition at mainly stoichiometric LaAlO₃/SrTiO₃ interfaces, the influence of non-stoichiometry of LaAlO₃(001) film on metallic properties of interfaces is faintly understood.<br /> In this study, using hybrid B3PW exchange–correlation functional within density functional theory first principle investigation of charge redistribution in LaAlO₃/SrTiO₃(001) heterointerfaces having La/Al non-stoichiometry was performed. Based on results current of calculations, it is predicted, that excess of La in <i>n</i>-type interfaces leads to its electronic conductivity independently on LaAlO₃(001) film thickness, while hole conductivity is predicted for <i>p</i>-type interfaces, having excess of Al.<br /> Positive impact of this prediction on potential applications that utilises interfacial metal-insulator transition of the LaAlO₃/SrTiO₃ is expected.