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通过SrTiO?(001)基底上的氧清除实现EuO外延生长：SrTiO?厚度与温度的影响

DOI：10.1063/1.5059560 期刊：Journal of Applied Physics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： EuO/SrTiO3异质结是铁磁材料与二维电子体系的理想组合。我们在超高真空条件下研究了Eu金属在具有不同SrTiO3（STO）厚度的SrTiO3/Si伪衬底上的沉积过程。通过改变STO层厚度（2-10纳米）和沉积温度（20-300°C），探究了Eu从STO中攫取氧的机制。采用原位X射线光电子能谱分析了标称Eu/STO/Si叠层的电子结构。研究发现：当沉积在较厚STO（6-10纳米）上时，Eu会形成外延EuO相，同时留下约4纳米厚的严重缺氧SrTiO3-δ层；但若STO层厚度与攫取深度相当或更薄，在高温（300°C）沉积时会导致STO晶体结构破坏并引发Eu、Si与STO间的固态反应。而在低温（20°C）下仅生长1-2纳米厚的EuO中间层，其上方Eu金属能保持稳定。本研究阐明了不同条件下的生长过程，为该体系的优化控制提供了理论依据。
作者： Wei Guo，Agham B. Posadas，Sirong Lu，David J. Smith，Alexander A. Demkov
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究不同SrTiO3厚度和温度条件下Eu金属在SrTiO3/Si赝衬底上的沉积过程，以理解氧清除机制及其对外延EuO形成的影响。

研究成果

在STO衬底上，铕的氧清除过程受温度和厚度影响。300°C时，铕会在较厚的STO层（>4纳米）上形成外延EuO，而在较薄层上则会破坏STO结构并与硅发生反应。低于150°C时，氧清除作用受限，导致形成薄EuO层并积累铕金属。本研究为控制EuO/STO异质结构形成的生长过程及条件提供了见解。

研究不足

该研究的局限性在于特定的超高真空条件以及所探索的STO厚度和沉积温度范围。低于150°C时的反应机制，以及高温下Eu、Si与STO之间固态反应的确切本质，仍需进一步研究。

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