Identifying Ionic and Electronic Charge Transfer at Oxide Heterointerfaces.
2D electron-gases
charge-transfer
in situ spectroscopy
mesoscopic transport
oxide heterointerfaces
Journal
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
ISSN: 1521-4095
Titre abrégé: Adv Mater
Pays: Germany
ID NLM: 9885358
Informations de publication
Date de publication:
Jan 2021
Jan 2021
Historique:
received:
17
06
2020
revised:
31
08
2020
pubmed:
3
12
2020
medline:
3
12
2020
entrez:
2
12
2020
Statut:
ppublish
Résumé
The ability to tailor oxide heterointerfaces has led to novel properties in low-dimensional oxide systems. A fundamental understanding of these properties is based on the concept of electronic charge transfer. However, the electronic properties of oxide heterointerfaces crucially depend on their ionic constitution and defect structure: ionic charges contribute to charge transfer and screening at oxide interfaces, triggering a thermodynamic balance of ionic and electronic structures. Quantitative understanding of the electronic and ionic roles regarding charge-transfer phenomena poses a central challenge. Here, the electronic and ionic structure is simultaneously investigated at the prototypical charge-transfer heterointerface, LaAlO
Identifiants
pubmed: 33263190
doi: 10.1002/adma.202004132
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2004132Subventions
Organisme : Deutsche Forschungsgemeinschaft
ID : 315025796
Organisme : Deutsche Forschungsgemeinschaft
ID : SFB 917
Organisme : U.S. Department of Energy
ID : DE-AC02-05CH11231
Organisme : Office of Science
Organisme : Basic Energy Sciences
Organisme : Division of Materials Sciences and Engineering
ID : 10122
Organisme : CERIC-ERIC
Informations de copyright
© 2020 The Authors. Advanced Materials published by Wiley-VCH GmbH.
Références
J. Mannhart, D. G. Schlom, Science 2010, 327, 607.
H. Y. Hwang, Y. Iwasa, M. Kawasaki, B. Keimer, N. Nagaosa, Y. Tokura, Nat. Mater. 2012, 11, 103.
D. M. Smyth, The Defect Chemistry of Metal Oxides, Oxford University Press, Oxford, UK 2000.
R. Moos, K. H. Härdtl, J. Am. Ceram. Soc. 1997, 80, 2549.
R. Meyer, A. F. Zurhelle, R. A. De Souza, R. Waser, F. Gunkel, Phys. Rev. B 2016, 94, 115408.
R. Merkle, J. Maier, Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 3874.
R. Waser, R. Hagenbeck, Acta Mater. 2000, 48, 797.
P. Zubko, S. Gariglio, M. Gabay, P. Ghosez, J. Triscone, Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2011, 2, 141.
A. Verma, S. Raghavan, S. Stemmer, D. Jena, Appl. Phys. Lett. 2015, 107, 192908.
A. Ohtomo, H. Y. Hwang, Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 1716.
F. Gunkel, R. Waser, A. H. H. Ramadan, R. A. De Souza, S. Hoffmann-Eifert, R. Dittmann, Phys. Rev. B 2016, 93, 245431.
S. Bagdzevicius, K. Maas, M. Boudard, M. Burriel, J. Electroceram. 2017, 39, 157.
S. Sanna, V. Esposito, J. W. Andreason, J. Hjelm, W. Zhang, T. Kasama, S. B. Simonsen, M. Christensen, S. Linderoth, N. Pryds, Nat. Mater. 2015, 14, 500.
M. Bibes, J. E. Villegas, A. Barthelemy, Adv. Phys. 2011, 60, 5.
J. Mannhart, D. H. A. Blank, H. Y. Hwang, A. J. Millis, J.-M. Triscone, MRS Bull. 2008, 33, 1027.
R. Pentcheva, W. E. Pickett, Phys. Rev. B 2006, 74, 35112.
R. Pentcheva, W. E. Pickett, Phys. Rev. B 2008, 78, 205106.
A. Gloter, G. Tieri, D. Li, M. Caputo, V. Strocov, O. Stéphan, J. Triscone, S. Gariglio, APL Mater. 2020, 8, 041103.
P. Moetakef, J. Y. Zhang, A. Kozhanov, B. Jalan, R. Sehadri, S. J. Allen, S. Stemmer, Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 112110.
P. Moetakef, T. A. Cain, D. G. Ouellette, J. Y. Zhang, D. O. Klenov, A. Janotti, C. G. Van de Walle, S. Rajan, S. J. Allen, S. Stemmer, Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 232116.
A. Ohtomo, H. Y. Hwang, Nature 2004, 427, 423.
N. Nakagawa, H. Y. Hwang, D. A. Muller, Nat. Mater. 2006, 5, 204.
M. Huijben, A. Brinkman, G. Koster, G. Rijnders, H. Hilgenkamp, D. H. A. Blank, Adv. Mater. 2009, 21, 1665.
Y. Z. Chen, F. Trier, T. Wijnands, R. J. Green, N. Gauquelin, R. Egoavil, D. V. Christensen, G. Koster, M. Huijben, N. Bovet, S. Macke, F. He, R. Sutarto, N. H. Andersen, J. A. Sulpizio, M. Honig, G. E. D. K. Prawiroatmodjo, T. S. Jespersen, S. Linderoth, S. Ilani, J. Verbeeck, G. Van Tendeloo, G. Rijnders, G. A. Sawatzky, N. Pryds, Nat. Mater. 2015, 14, 801.
J. Son, P. Moetakef, B. Jalan, O. Bierwagen, N. J. Wright, R. Engel-Herbert, S. Stemmer, Nat. Mater. 2010, 9, 482.
S. Gariglio, A. Fête, J. Triscone, J. Phys.: Condens. Matter 2015, 27, 283201.
N. Reyren, S. Thiel, A. D. Caviglia, L. F. Kourkoutis, G. Hammerl, C. Richter, C. W. Schneider, T. Kopp, A.-S. Ruetschi, D. Jaccard, M. Gabay, D. A. Muller, J. -M. Triscone, J. Mannhart, Science 2007, 317, 1196.
A. Brinkman, M. Huijben, M. Van Zalk, J. Huijben, U. Zeitler, J. C. Maan, W. G. Van der Wiel, G. Rijnders, D. H. A. Blank, H. Hilgenkamp, Nat. Mater. 2007, 6, 493.
L. Li, C. Richter, J. Mannhart, R. C. Ashoori, Nat. Phys. 2011, 7, 762.
D. A. Dikin, M. Mehta, C. W. Bark, C. M. Folkman, C. B. Eom, V. Chandrasekhar, Phys. Rev. Lett. 2011, 107, 056802.
E. Breckenfeld, N. Bronn, J. Karthik, A. R. Damodaran, S. Lee, N. Mason, L. W. Martin, Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 196804.
F. Gunkel, K. Skaja, A. Shkabko, R. Dittmann, S. Hoffmann-Eifert, R. Waser, Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 71601.
A. Kalabukhov, R. Gunnarsson, J. Borjesson, E. Olsson, T. Claeson, D. Winkler, Phys. Rev. B 2007, 75, 121404.
C. Xu, C. Baeumer, R. A. Heinen, S. Hoffmann-Eifert, F. Gunkel, R. Dittmann, Sci. Rep. 2016, 6, 22410.
M. Basletic, J. Maurice, C. Carretero, G. Herranz, O. Copie, M. Bibes, E. Jacquet, K. Bouzehouane, S. Fusil, A. Barthelemy, Nat. Mater. 2008, 7, 621.
S. Thiel, G. Hammerl, A. Schmehl, C. W. Schneider, J. Mannhart, Science 2006, 313, 1942.
F. V. E. Hensling, D. J. Keeble, J. Zhu, S. Brose, C. Xu, F. Gunkel, S. Danylyuk, S. S. Nonnenmann, W. Egger, R. Dittmann, Sci. Rep. 2018, 8, 8846.
F. Gunkel, S. Hoffmann-Eifert, R. Dittmann, S. B. Mi, C. L. Jia, P. Meuffels, R. Waser, Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 12103.
H.-J. Hagemann, H. Ihrig, Phys. Rev. B 1979, 20, 3871.
R. Hagenbeck, Simulation der elektrischen Korngrenzeneigenschaften akzeptordotierter SrTiO3-Keramiken, RWTH Publications, Aachen, Germany 1999.
T. Tanaka, K. Matsunaga, Y. Ikuhara, T. Yamamoto, Phys. Rev. B 2003, 68, 205213.
R. Waser, J. Am. Ceram. Soc. 1991, 74, 1934.
M. Riva, G. Franceschi, Q. Lu, M. Schmid, B. Yildiz, U. Diebold, Phys. Rev. Mater. 2019, 3, 43802.
M. Andrä, F. Dvorák, M. Vorokhta, S. Nemšák, V. Matolín, C. M. Schneider, R. Dittmann, F. Gunkel, D. N. Mueller, R. Waser, APL Mater. 2017, 5, 56106.
M. Andrae, H. Bluhm, C. M. Schneider, R. Dittmann, R. Waser, D. N. Mueller, F. Gunkel, Phys. Rev. Mater. 2019, 3, 44604/1.
A. D. Caviglia, S. Gariglio, C. Cancellieri, B. Sacepe, A. Fete, N. Reyren, M. Gabay, A. F. Morpurgo, J.-M. Triscone, Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 236802.
M. Ben Shalom, A. Ron, A. Palevski, Y. Dagan, Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 206401.
F. Gunkel, S. Wicklein, P. Brinks, S. Hoffmann-Eifert, M. Huijben, G. Rijnders, R. Waser, R. Dittmann, Nanoscale 2015, 7, 1013.
A. Joshua, S. Pecke, J. Ruhman, E. Altman, S. Ilani, Nat. Commun. 2012, 3, 1129.
F. Gunkel, C. Bell, H. Inoue, B. Kim, A. G. Swartz, T. A. Merz, Y. Hikita, S. Harashima, H. K. Sato, M. Minohara, S. Hoffmann-Eifert, R. Dittmann, H. Y. Hwang, Phys. Rev. X 2016, 6, 031035.
D. Stornaiuolo, C. Cantoni, G. M. De Luca, R. Di Capua, E. Di Gennaro, G. Ghiringhelli, B. Jouault, D. Marre, D. Massarotti, F. M. Granozio, I. Pallecchi, C. Piamonteze, S. Rusponi, F. Tafuri, M. Salluzzo, Nat. Mater. 2016, 15, 278.
D. Doennig, R. Pentcheva, Sci. Rep. 2015, 5, 7909.
W. Jiang, X. Z. Zhou, G. Williams, Phys. Rev. B 2010, 82, 144424.
S. X. Zhang, W. Yu, S. B. Ogale, S. R. Shinde, D. C. Kundaliya, W. Tse, S. Y. Young, J. S. Higgins, L. G. Salamanca-Riba, M. Herrera, L. F. Fu, N. D. Browning, R. L. Greene, T. Venkatesan, Phys. Rev. B 2007, 76, 085323.
R. Mathieu, A. Asamitsu, H. Yamada, K. S. Takahashi, M. Kawasaki, Z. Fang, N. Nagaosa, Y. Tokura, Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 016602.
D. V. Christensen, Y. Frenkel, P. Schuetz, F. Trier, S. Wissberg, R. Claessen, B. Kalisky, A. Smith, Y. Chen, N. Pryds, Phys. Rev. Appl. 2018, 9, 054004.
A. Sarantopoulos, E. Ferreiro-Vila, V. Pardo, C. Magen, M. H. Aguirre, F. Rivadulla, Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 166801.
O. Copie, V. Garcia, C. Boedefeld, C. Carretero, M. Bibes, G. Herranz, E. Jacquet, J. Maurice, B. Vinter, S. Fusil, K. Bouzehouane, H. Jaffres, A. Barthelemy, Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 216804.
J. M. Pan, B. L. Maschhoff, U. Diebold, T. E. Madey, J. Vac. Sci. Technol. A 1992, 10, 2470.
K. Szot, W. Speier, U. Breuer, R. Meyer, J. Szade, R. Waser, Surf. Sci. 2000, 460, 112.
P. A. W. van der Heide, Q. D. Jiang, Y. S. Kim, J. W. Rabalais, Surf. Sci. 2001, 473, 59.
U. Treske, N. Heming, M. Knupfer, B. Buechner, A. Koitzsch, E. Di Gennaro, U. S. di Uccio, F. Miletto Granozio, S. Krause, APL Mater. 2014, 2, 12108.
S. A. Chambers, Y. Du, Z. Zhu, J. Wang, M. J. Wahila, L. F. J. Piper, A. Prakash, J. Yue, B. Jalan, S. R. Spurgeon, D. M. Kepaptsoglou, Q. M. Ramasse, P. V. Sushko, Phys. Rev. B 2018, 97, 245204.
L. Wang, Y. Du, L. Chang, K. A. Soerzinger, M. E. Bowden, J. Wang, S. A. Chambers, Appl. Phys. Lett. 2018, 112, 261601.
E. Slooten, Ph.D. Thesis, University of Amsterdam, Amsterdam, The Netherlands 2013.
U. Treske, N. Heming, M. Knupfer, B. Büchner, E. Di Gennaro, A. Khare, U. S. Di Uccio, F. M. Granozio, S. Krause, A. Koitzsch, Sci. Rep. 2015, 5, 14506.
Y. Segal, J. H. Ngai, J. W. Reiner, F. J. Walker, C. H. Ahn, Phys. Rev. B 2009, 80, 241107.
S. A. Chambers, M. H. Engelhard, V. Shutthanandan, Z. Zhu, T. C. Droubay, L. Qiao, P. V. Sushko, T. Feng, H. D. Lee, T. Gustafsson, E. Garfunkel, A. B. Shah, J.-M. Zuo, Q. M. Ramasse, Surf. Sci. 2010, 65, 317.
E. Slooten, Z. Zhong, H. J. A. Molegraaf, P. D. Eerkes, S. de Jong, F. Massee, E. van Heumen, M. K. Kruize, S. Wenderich, J. E. Kleibeuker, M. Gorgoi, H. Hilgenkamp, A. Brinkman, M. Huijben, G. Rijnders, D. H. A. Blank, G. Koster, P. J. Kelly, M. S. Golden, Phys. Rev. B 2013, 87, 85128.
G. Drera, G. Salvinelli, A. Brinkman, M. Huijben, G. Koster, H. Hilgenkamp, G. Rijnders, D. Visentin, L. Sangaletti, Phys. Rev. B 2013, 87, 75435.
L. Yu, A. Zunger, Nat. Commun. 2014, 5, 5118.
C. Lenser, A. Koehl, I. Slipukhina, H. Du, M. Patt, V. Feyer, C. M. Schneider, M. Lezaic, R. Waser, R. Dittmann, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 6360.
F. Gunkel, P. Brinks, S. Hoffmann-Eifert, R. Dittmann, M. Huijben, J. E. Kleibeuker, G. Koster, G. Rijnders, R. Waser, Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 52103.
V. N. Strocov, A. Chikina, M. Caputo, M.-A. Husanu, F. Bisti, D. Bracher, T. Schmitt, F. Miletto Granozio, C. A. F. Vaz, F. Lechermann, Phys. Rev. Mater. 2019, 3, 106001.
N. Mohanta, A. Taraphder, J. Phys.: Condens. Matter 2014, 26, 025705.
D. J. Keeble, S. Wicklein, L. Jin, C. L. Jia, W. Egger, R. Dittmann, Phys. Rev. B 2013, 87, 11.
M. P. Warusawithana, C. Richter, J. A. Mundy, P. Roy, J. Ludwig, S. Paetel, T. Heeg, A. A. Pawlicki, L. F. Kourkoutis, M. Zheng, M. Lee, B. Mulcahy, W. Zander, Y. Zhu, J. Schubert, J. N. Eckstein, D. A. Muller, C. S. Hellberg, J. Mannhart, D. G. Schlom, Nat. Commun. 2013, 4, 2351.
F. Gunkel, S. Hoffmann-Eifert, R. A. Heinen, D. V. Christensen, Y. Z. Chen, N. Pryds, R. Waser, R. Dittmann, ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 1086.
H. K. Sato, C. Bell, Y. Hikita, H. Y. Hwang, Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 251602.
T. L. Meyer, H. Jeen, X. Gao, J. R. Petrie, M. F. Chisholm, H. N. Lee, Adv. Electron. Mater. 2016, 2, 1500201/1.
D. F. Ogletree, H. Bluhm, E. D. Hebenstreit, M. Salmeron, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A 2009, 601, 151.
R. Moos, W. Menesklou, K. H. Hardtl, Appl. Phys. A 1995, 61, 389.
G. Kresse, J. Furthmüller, Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15.
G. Kresse, J. Furthmüller, Phys. Rev. B 1996, 54, 11169.
G. Kresse, J. Hafner, Phys. Rev. B 1993, 47, 558.
J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
P. E. Blöchl, Phys. Rev. B 1994, 50, 17953.
S. Dudarev, G. Botton, S. Savrasov, C. Humphreys, A. Sutton, Phys. Rev. B 1998, 57, 1505.
D. Krause, P. Thörnig, J. Large-Scale Res. Facil. 2018, 4, A132.