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西电在国际顶级物理期刊PRL发表研究成果
2020-04-10

西电新闻网讯(通讯员 程珺)近日,学校微电子学院宽禁带半导体重点实验室马海蛟副教授在国际顶级物理期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters, PRL)上发表了“Non-Ohmic Variable-Range Hopping and Resistive Switching in SrTiO3 Domain Walls”(钛酸锶畴壁中的非欧姆可变程跃迁和忆阻行为)研究论文。马海蛟副教授为该论文第一作者和通讯作者,西安电子科技大学微电子学院为第一完成单位。PRL是美国物理学会旗舰期刊,是物理学领域最具影响力和高曝光度的综合性期刊,其论文接收标准主要为开创新方向,解决重要难题,发展新方法,并引发广泛兴趣。

钛酸锶是一种非常重要的功能氧化物材料,是物理、材料、介电等多个领域的研究热点。钛酸锶在室温下是立方结构,在低温下会发生相变成为四方结构,并形成铁弹性/铁电畴壁。研究发现,在绝缘的钛酸锶中自发形成的畴壁具有导电性和极化。此前马海蛟博士对钛酸锶畴壁进行了深入的研究,通过电学方法对其进行成像并通过外电场调控(PRL,2016)。本文研究主要针对学界长期以来对铁电/铁弹性畴壁特别是钛酸锶畴壁的导电机制是Shklovskii hopping或Mott hopping存在的争议问题,马海蛟副教授和英国詹姆斯·斯科特教授再次合作,从实验上揭示了钛酸锶畴壁导电机理为Shklovskii Variable-Range Hopping with a Coulomb gap。研究工作解决了该争议并为畴壁工程学、畴壁电子器件及畴壁忆阻器件研究奠定了基础(PRL,2020)。同时,研究发现在钛酸锶中存在[1-11]畴,证实了核磁共振NMR发现的钛酸锶在低温的三斜晶体结构。这些三斜畴来自于最大尺度20pm的在[111]方向上的Sr离子无序。这个发现对现存的低温钛酸锶超导机制是基于在105K发生的反铁电四方畸变的理论提出了挑战。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

(a,b)畴壁导电测试方案示意图;(c,d)能带结构示意图;(e,f)钛酸锶畴壁

钛酸锶畴壁电流电压特征曲线及忆阻行为

 (a)钛酸锶畴壁Shklovskii可变程跃迁导电机制;(b)负微分电导(Negative Differential Conductance)

作者简介:

马海蛟,副教授,硕士生导师。2011年本科毕业于兰州大学物理学院,2015年获新加坡国立大学凝聚态物理博士学位。2016年获得新加坡材料学会颁发的最优秀博士论文金奖。2016-2018年在德国图宾根大学从事博士后研究,获“洪堡学者”荣誉称号。2018年入职西安电子科技大学微电子学院。主要研究方向为低维量子物理与器件,包括自旋电子学器件,新型信息器件与芯片,拓扑量子态调控与制备。在Physical Review Letters, Physical Review Materials, Physical Review B等国际著名期刊以第一作者和/或通讯作者论文9篇。主持国家自然科学基金青年项目1项。

詹姆斯·斯科特教授是前英国剑桥大学卡文迪许实验室研究室主管和杰出教授,现圣安德鲁斯大学化学学院Emeritus Professor(退休荣誉教授)。长期致力于铁电材料的理论研究,被认为是铁电存储器件的先驱者之一,被誉为“集成铁电体之父”。他于2008年和2011分别当选为英国皇家学会院士和斯洛文尼亚科学院院士,并于2008年和2009年分别被授予材料研究学会(MRS)奖章和斯洛文尼亚约瑟夫·斯特凡奖章。詹姆斯·斯科特教授的著作“铁电存储器”是铁电学领域引用最多的专著,引用次数超过3000次,并被翻译成中文和日文。

论文链接:

H. J. Harsan Ma* and J. F. Scott*, Non-Ohmic variable-range hopping and resistive switching in SrTiO3 domain walls, Phys. Rev. Lett. 124,146601 (2020) https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.146601


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