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Cryo-SNOM:低溫近場在氧化物界面的新應用

QUANTUM量子科學儀器貿易(北京)有限公司2019年8月27日 12:54 點擊:196

    氧化物界面處的二維電子體系(2DES)做為一個獨特的平臺,將典型復合氧化物、強電子相關的物理特性以及由2DES有限厚度引起的量子限域集成于一體。這些獨特的性質使其在電子態對稱性、載流子的有效質量和其它物理特性方面與普通半導體異質結截然不同,可以產生不同于以往的新現象。然而氧化物界面多掩埋于物質間使其難以探測,為探究其局限2DES需要一個無創并且具有很高空間分辨率的表征技術,如果還能提供一個較寬范圍內溫度變化的平臺將極大地推進該領域的研究。通常光學顯微鏡可用于上述研究,其中,遠場的探測技術由于受到波長和衍射極限的限制缺乏空間分辨率,而紅外波段的光束探測傳導電子的Drude反應分辨率僅有幾個微米的量級,無法滿足測試需求,而利用散射式近場光學顯微鏡(s-SNOM)可以克服這一限制,使其具有10-20 nm的空間分辨率并獲得光響應信號中的強度和相位信息。
    近期,Alexey B. Kuzmenko團隊在Nat. Commun.上獲得新進展,他們利用s-SNOM來研究從室溫下降到6K時LaAlO3/SrTiO3界面的變化情況,從近場光學信號,特別是其中的相位分量信息可以看出對于界面處的電子系統的輸運性質具有極其高的光學敏感度。這一模型說明了2DES敏感性來源于AFM針尖和耦合離子聲子模型在很小穿透深度下的相互作用,并且該模型可以定量地將光信號的變化與冷卻和靜電選通控引起的2DES傳輸特性的變化相關聯,從而提供操控光學信息的有效手段。從利用s-SNOM得到的實驗結果和建立的模型結果來看,二者之間具有很好的擬合,這一結果說明了電子聲子相互作用對于在零動量時的表面聲子離子模型的散射極化吸收具有至關重要的作用。
 
圖1:2DES中近場信號對溫度和頻率的關聯性
圖2:在低溫條件6K下,靜電選通對于電子輸運和近場信號的影響 
 
[參考文獻]

Alexey B. Kuzmenko, High sensitivity variable-temperature infrared nanoscopy of conducting oxide interfaces, Nat. Commun., 2019,10,2774. 


(來源: QUANTUM量子科學儀器貿易(北京)有限公司


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