复杂氧化物低维体系激光法制备及其电磁光新奇物理特性研究.PDFVIP

2019年国家自然科学奖提名公示 一、项目名称 中文名称：复杂氧化物低维体系激光法制备及其电磁光新奇物理特性研究 英文名称：Physical property study on low dimensional perovskite oxide 二、提名单位意见 项目主要完成人自 1998 年起致力于“复杂氧化物低维体系激光法制备及其电磁 光新奇物理特性研究”。该项目组主要科学发现和贡献为： 1）发展了具有原子级明锐界面的氧化物薄膜和异质结可控生长方法，在国际上首 次实现了多种钙钛矿氧化物薄膜和异质结的外延生长。提出的生长方法获得了包括美 国橡树岭国家实验室 Plummer 院士和劳伦兹伯克利实验室 Ramesh 院士等同行的多次 引用，并在研究中使用。设计的激光分子束外延设备已经被美国、新加坡及国内的20 余所大学和科研院所采用，推动了该研究领域的发展。 2 ）首次发现了基于铋铁氧薄膜的具有二极管反转特性的铁电存储效应，将传统的 极化读写模式推进到电阻读取层次。国际铁电存储器之父 Scott 教授在题为“新兴存储 器”的综述中高度评价该发现为“ 电阻存储器上的必威体育精装版突破” 。美国Ramesh 院士在综述 中评价，该发现为发展新的读写原理存储器提供了机遇。推进了氧化物物理到存储器 件实现的进程。 3 ）首次发现了氧化物异质结中新奇的正磁电阻和超快光电效应，揭示了界面诱导 其新奇物性的内在物理机制。提出的理论成为国际同行研究低维氧化物新奇物理现象 的重要依据之一。首次研制出新型高灵敏度的钙钛矿氧化物可见盲和日盲光电探测器。 美国《激光聚焦世界》在新突破中报道了项目组首次研制出钙钛矿氧化物的光电探测 器。 项目组 8 篇代表性论文被他人引用 800 余次。国际学术会议邀请报告 80 余次；受 邀在国际刊物上撰写综述性文章 30 余篇；获得新材料、新器件及其制备方法的授权发 明专利 40 余项。项目组成员因此曾获得多种荣誉；部分早期工作获 2005 年北京市科 学技术一等奖。 鉴于此，中国物理学会郑重提名该项目为国家自然科学奖二等奖。 三、项目简介 钙钛矿氧化物因其丰富的物理性质和多自由度可调控的功能，从上世纪 80 年代 开始引起科学界兴趣，尤其是近十年来伴随界面诱导新奇物性的发现，氧化物低维体 系的多自由度调控和多功能性不仅引起国际上广泛关注，也是下一代多功能器件的重 要候选。然而由于低维氧化物复杂体系在制备生长中的精准控制难于实现，及多关联 性导致的物理机制的内在复杂性，使得基于氧化物的功能实现和调控面临系列挑战。 项目组率先发展了具有原子级明锐界面的氧化物薄膜和异质结的可控生长与制备技术； 提出并发现了基于铋铁氧薄膜的具有二极管反转特性的铁电存储新原理与功能，将传 统的铁电存储的极化读写模式，提升到了电阻读取层次；发现并揭示了奇异正磁电阻、 铁电电阻存储和光电效应等的內禀机制，推动了钙钛矿氧化物向多功能器件如铁电存 储器、光电探测器等发展的研究进程。主要科学发现点如下： 1、发展了具有原子级明锐界面的氧化物薄膜和异质结的可控生长与制备方法。 在国际上首次实现了十余种钙钛矿氧化物薄膜和异质结原子尺度控制的外延生长。观 测到了上千周期的 RHEED 强度振荡，与同期国际报道相比，为最高指标。项目组报 道的生长方法和技术被以著名薄膜领域专家美国 Plummer 院士和Ramesh 院士为代表 的国际同行广泛引用和借鉴，引领了氧化物薄膜异质结的研究，奠定了氧化物多功能 器件的发展基础。由项目组设计的激光分子束外延设备已经被美国、新加坡、香港和 大陆 20 余所大学和科研院所使用，推动了该领域的研究进程。 2 、发现了基于铋铁氧薄膜的具有二极管反转特性的铁电存储效应，揭示了其内 在机制为电场诱导下界面肖特基势垒变化，该发现在国际上引起重要影响，国际铁电 存储器之父，Scott 教授在综述文章中重点评价，认为该发现获得电阻存储器几项必威体育精装版 突破。美国 Ramesh 院士在综述中认为该发现为发展新的读写原理的存储器提供了机 遇。该系列工作推进了氧化物物理到存储器件的研究进程。 3、发现了氧化物异质结中新奇的正磁电阻和超快光电效应，建立了相应理论模 型和计算方法，揭示了界面诱导其新奇物性的物理机制