过渡金属氧化物界面二维电子态的量子输运与调控研究

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基本信息

  • 批准号：
    11474022
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    100.0万
  • 负责人：
    聂家财
  • 依托单位：
    北京师范大学
  • 学科分类：
    A2004.凝聚态物质电子结构
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The search for the origin of two-dimensional electron state (2DES) at transition metal oxide heterostructure interfaces, and for new oxide heterostructure interface system with high conductivity and high mobility, is currently one of the most active research fields in low-dimensional quantum functional materials. In this study, atomic-resolution scanning transmission electron microscopy, electron energy loss spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and first-principles calculation will be employed in combination to investigate the origin of 2DES at LaAlO3/SrTiO3 and CrO2/TiO2 interfaces. Meantime, magnetoresistance oscillations, Landau levels and Hall effect will be measured by Physical Property Measurement System, to explore novel quantum states, such as superconductivity, ferromagnetism, and quantum Hall phases, in combination with the theory to reveal their physical nature. By applying a gate voltage, carrier concentration of the interfaces will be controlled and the relationship between electron mobility and applied electrical field (i.e., carrier concentration) will be systematically investigated, demonstrating a route to the design and preparation of heterojunction electronic devices.
探究过渡金属氧化物异质界面二维电子态形成的物理机制，以及寻找高电导性、高迁移率的新型氧化物异质界面体系，是目前低维量子功能材料研究的一大重点。在本课题中，我们将通过原子分辨扫描透射电子显微镜、电子能量损失谱、X射线光电子能谱并结合第一性原理计算揭示LaAlO3/SrTiO3和CrO2/TiO2界面二维电子态的起源；利用物理特性测量系统等测量氧化物异质结界面在低温和外加磁场下的磁阻振荡、郎道能级和霍尔效应等输运特性，探测超导、铁磁和量子霍尔相等新奇量子态，并结合理论揭示其物理本质。利用聚合物离子液体的方法对上述界面施加门电压，调控界面的载流子浓度，探测其电子迁移率随门电压也就是载流子浓度的变化情况，为异质结电子器件的设计和制备提供充分的实验依据。

结项摘要

本课题的实施基本上按照原计划进行，获得了如下研究成果：.1）过渡金属氧化物LaAlO3/SrTiO3界面二维电子态起源.利用L-MBE的方法制备了高电导性、高迁移率的(001)和(110) LAO/STO氧化物异质界面体系，通过X射线光电子能谱、球差校正高分辨的透射电镜、原子分辨的电子能量损失谱和第一性原理计算对(110) LAO/STO异质结界面原子结构和band alignment做了系统研究，提出了LAO/STO体系二维电子态起源的一种全新机制。此机制将极化灾难模型和“Sr1-xLaxTiO3”阳离子混合模型统一起来，成功且统一地揭示了(110)和(001) LAO/STO界面处二维电子态的形成机理。.2）过渡金属氧化物LaAlO3/SrTiO3界面的二维超导电性及其非传统超导配对机理探索.利用物理特性测量系统（PPMS）探测了氧化物异质结界面在低温和外加磁场下的磁量子效应、磁阻振荡等输运特性。特别是，极低温（～10 mK）输运测量证实了LAO/STO界面的二维超导电性，超导转变温度在200mK左右。在LAO/STO界面观察到了可能的超导铁磁共存现象：在测量磁阻过程中，发现在零磁场附近出现了磁阻峰。初步的研究结果表明过渡金属氧化物界面二维电子态的超导铁磁性共存不是相分离导致的，其超导配对空间波函数很有可能具有p-波对称性。在此基础上，开展了相关的相位敏感实验。.3）LaAlO3/SrTiO3界面二维超导的量子Griffiths奇点的观测.对于LAO/STO体系，发现磁场可以驱动其发生从超导态转变到弱绝缘态的量子相变。有别于传统的单一磁阻交点和临界指数，不同温度下的磁阻曲线相交于一个区域，进一步地分析得出临界指数为一系列的值。此外，接近0 K时，临界指数迅速地发散。通过理论的分析，发现实验结果与量子Griffiths奇点较为吻合。这项工作也为超导（包括高温超导）等量子材料体系中量子临界行为的理解提供了新的思路。

项目成果

期刊论文数量（22）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（7）
专利数量（5）
Gate dependence of upper critical field in superconducting (110) LaAlO3/SrTiO3 interface.
超导 (110) LaAlO3/SrTiO3 界面上临界场的栅极依赖性
  • DOI：
    10.1038/srep28379
  • 发表时间：
    2016-07-05
  • 期刊：
    Scientific reports
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Shen SC;Chen BB;Xue HX;Cao G;Li CJ;Wang XX;Hong YP;Guo GP;Dou RF;Xiong CM;He L;Nie JC
  • 通讯作者：
    Nie JC
Conductivity and band alignment of LaCrO3/SrTiO3(111) heterostructure
LaCrO3/SrTiO3(111)异质结构的电导率和能带排列
  • DOI：
    10.1088/1674-1056/27/4/047301
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Chinese Physics B
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Hong Y. P.;Wang X. X.;Qu G. L.;Li. C. J.;Xue H. X.;Liu K. J.;Li Y. C.;Xiong C. M.;Dou R. F.;He L.;Nie J. C.
  • 通讯作者：
    Nie J. C.
Spatially resolving unconventional interface Landau quantization in a graphene monolayer-bilayer planar junction
石墨烯单层-双层平面结中的空间解析非常规界面朗道量子化
  • DOI：
    10.1103/physrevb.93.195408
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Physical Review B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    W. Yan;S. Y. Li;L. J. Yin;J. B. Qiao;J. C. Nie;L. He
  • 通讯作者：
    L. He
Detecting giant electron-hole asymmetry in a graphene monolayer generated by strain and charged-defect scattering via Landau level spectroscopy
通过朗道能级光谱检测由应变和电荷缺陷散射产生的石墨烯单层中巨大的电子空穴不对称性
  • DOI：
    10.1103/physrevb.92.121405
  • 发表时间：
    2015-09-14
  • 期刊：
    PHYSICAL REVIEW B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Bai, Ke-Ke;Wei, Yi-Cong;He, Lin
  • 通讯作者：
    He, Lin
Controlling the dendritic structure and the photo-electrocatalytic properties of highly crystalline MoS2 on sapphire substrate
控制蓝宝石基底上高结晶MoS2的枝晶结构和光电催化性能
  • DOI：
    10.1088/2053-1583/aacc90
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    2D Materials
  • 影响因子：
    5.5
  • 作者：
    Ma J.;Li X. Y.;Gan L.;Zhang S. P.;Cao Y. F.;Nie Z. W.;Wang X. N.;Ma D. L.;He L.;Nie J. C.;Xiong C. M.;Dou R. F.
  • 通讯作者：
    Dou R. F.

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  • 通讯作者：
    聂家财

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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