Orientador: Prof. Dr. Gustavo Martini Dalpian / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Em 2004, foi descoberto que a interface formada entre as superf'ýcies (001)
do SrTiO3 e LaAlO3 apresenta um g'as de el'etrons bidimensional (2DEG),
apesar de o bulk desses materiais ser isolante. Em 2011, foi reportado um
2DEG similar na superf'ýcie (001) do SrTiO3. Apesar de haver muitos trabalhos
acerca desse assunto, n¿ao h'a um consenso sobre a origem do 2DEG nesses
sistemas. Inclu'ýda nesse contexto, esta tese reporta os resultados de c'alculos
de primeiros princ'ýpios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT)
da superf'ýcie (001) dos filmes finos de SrTiO3 e LaAlO3 e da interface (001)
formada entre esses dois 'oxidos. Filmes finos de LaAlO3 e SrTiO3 tendem a
ter vac¿ancias com menores energias de forma¸c¿ao da superf'ýcie, e quando com
vac¿ancias apresentaram comportamento condutor. Filmes finos de SrTiO3
sem defeitos demonstraram comportamento isolante. A vac¿ancia de oxig¿enio
na superf'ýcie com termina¸c¿ao TiO2 'e a menos custosa energeticamente, e
nesse caso 'e detectado um 2DEG da superf'ýcie do SrTiO3. O mesmo ocorre
em filmes finos de LaAlO3, com vac¿ancias de oxig¿enio e termina¸c¿ao AlO2
e vac¿ancias de La e termina¸c¿ao LaO, podendo haver forma¸c¿ao espont¿anea
nesses casos. Em ambos os casos, as simula¸c¿oes sugerem que 'e formado um
2DEG na superf'ýcie. As simula¸c¿oes da interface mostraram que para a hete2
roestrutura sem defeitos 'e necess'aria a deposi¸c¿ao de quatro ou mais camadas
de LaAlO3 sobre o substrato de SrTiO3 para que ocorra o comportamento
met'alico. Vac¿ancias de oxig¿enio se formam preferencialmente na interface
quando a espessura do LaAlO3 'e de tr¿es camadas ou menos. Para quatro
ou mais camadas de LaAlO3, as vac¿ancias de oxig¿enio tendem a se localizar
na superf'ýcie. Para todas as simula¸c¿oes da interface com defeitos, as heteroestruturas
apresentaram comportamento met'alico, por'em n¿ao foi detectado
um 2DEG na interface, j'a que as cargas n¿ao se apresentaram confinadas na
regi¿ao da interface. Vac¿ancias justificam o 2DEG na superf'ýcie (001) de filmes
finos de LaAlO3 e SrTiO3, por'em n¿ao explicam o 2DEG na interface
entre os mesmos. / In 2004 it was discovered that the interface between the (001) SrTiO3 and
LaAlO3 surfaces presents a two dimensional electron gas (2DEG), although
the bulk of these materials are insulators. In 2011 it was reported a similar
2DEG at (001) SrTiO3 surface. Despite many studies on this subject, there
is no consensus about the origin of the 2DEG in these systems. Included
in this context, this thesis reports results of first principles calculations based
on Density Functional Theory (DFT) about (001) SrTiO3 and LaAlO3
thin films surfaces and the (001) interface formed between these two oxides.
For LaAlO3 and SrTiO3 thin films, vacancies tend to have lower formation
energies at the surface. Non-defective SrTiO3 thin films have demonstrated
an insulator behavior. The oxygen vacancy at the TiO2 terminated surface
is the most stable and in this case is observed a 2DEG at the SrTiO3 surface.
The same occurs for LaAlO3 thin films with oxygen vacancies and for
the AlO2 termination and with La vacancies with LaO termination. These
vacancies may be formed spontaneously. In both cases, the simulations suggest
a 2DEG at the surface. The interface simulations showed that in the
non-defective heterostructure it is necessary the deposition of four or more
layers of LaAlO3 over SrTiO3 substrate to occur a metallic behavior. Oxygen
4 vacancies are preferably formed at the interface when the LaAlO3 thickness
is three layers or less. For four LaAlO3 layers or more, the oxygen vacancies
tend to be located at the surface. For all simulations of the defective
interface, the heterostructures showed metallic behavior. However it was not
detected a 2DEG at the interface, owing the fact that the charges are not confined
at the interface region. Vacancies can justify the 2DEG at the SrTiO3
and LaAlO3 thin films surfaces, however does not explain the 2DEG at the
interface between them.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:76846 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Silva, Alexandre Ramalho |
| Contributors | Dalpian, Gustavo Martini, Arantes Junior, Jeverson Teodoro, Souza, Flávio Leandro de, Oliveira, Helinando Pequeno de, Lima, Neemias Alves |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf, 195 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76846&midiaext=70057, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76846&midiaext=70058, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=76846 |
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