《物理评论快报》报道量子材料中心韩伟课题组和合作者在氧化物异质结中磁性二维电子气的实验进展

近年来，氧化物异质结中存在的二维电子气表现出了极具价值的应用潜力。在LaAlO3/SrTiO3为代表的异质结体系的研究中，兼具超高迁移率、超导等特性的二维电子气提供了一个理想的物理实验平台，并且有着极大的应用前景。而通过界面工程在界面处实现磁性二维电子气则可以为基于自旋传输的功能器件研发铺平道路。与通常的SrTiO3体系的二维电子气体系相比，基于EuO的二维电子气体系，得益于EuO的磁性，其界面之中的二维电子气能够表现出明显的磁性性质，例如磁阻，反常霍尔效应等等。

在最新的研究文章中，量子材料科学中心韩伟课题组和物理所孙继荣课题组合作，在由EuO和KTaO3形成的氧化物异质结中开展工作并取得了重要进展，观测到了这一新型二维电子气体系中磁相关的电输运行为。EuO是一种铁磁性绝缘体，利用分子束外延技术生长出EuO/KTaO3异质结，外延生长示意图如图(a)所示。由利用范德堡法测量得到的结果计算出二维电子气的迁移率可达111cm2/Vs，如图(b)。改变磁场，系统地测量EuO/KTaO3体系纵向电阻与霍尔电阻随磁场而变化时，观察到了清晰的磁阻与反常霍尔效应。得益于EuO相对较高的居里温度以及较强的磁矩，在50K时仍可清晰地观察到磁性二维电子气的反常霍尔效应，如图(c)。

该文章中的结果具有重要的学术价值：在EuO/ KTaO3界面处发现高迁移率的磁性二维电子气，为基于氧化物异质结的自旋功能器件的应用与发展奠定了基础，也有望推动二维电子气的磁相关物理性质研究。

图：氧化物异质结中磁性二维电子气的生长和测量。（a）利用分子束外延技术生长出EuO/ KTaO3的异质结长示意图。（b）二维电子气的迁移率随温度的依赖关系。（c）磁性二维电子气的反常霍尔效应性质表征。

该工作于2018年09月12日在线发表于物理学术期刊Physical Review Letters上(Phys. Rev. Lett. 121, 116803 (2018))。DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.116803。物理所张洪瑞博士、量子材料科学中心博士后云宇和物理所张雪静博士为文章共同第一作者，量子材料科学中心韩伟研究员和物理所孙继荣研究员为文章共同通讯作者。本工作的顺利完成得到了国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金、中国科学院重点项目的支持。