Известия РАН. Серия физическая, 2019, T. 83, № 12, стр. 1633-1634

ВВЕДЕНИЕ

Двумерный электронный газ, формирующийся на интерфейсе гетероструктур, в основе которых лежит оксид титаната стронция, предоставляет обширную платформу для формирования элементной базы новых электронных устройств [1]. Их уникальные свойства, такие как сверхпроводимость, высокая подвижность носителей заряда и чувствительность к воздействию оптического излучения, представляет большой интерес для научных исследований [2–4]. Наиболее исследованной в настоящее время является гетореструктура LaAlO₃/SrTiO₃ (LAO/STO). Более того, для устройств, приходящих на смену кремниевым, микроструктурирование сложных оксидов должно происходить с помощью простых известных методов, применимых к полупроводниковой элементной базе. И если для наноструктурирования применима техника атомно-силовой микроскопии, то микроструктурирование сложных оксидов остается актуальной задачей [5].

Отдельным важным моментом в подобных гетероструктурах является вопрос увеличения количества носителей заряда. Этого можно добиться путем облучения сложных оксидов интенсивным оптическим излучением [6]. При воздействии света происходит поглощение фотонов вблизи раздела двух диэлектриков. В результате за счет поглощенной энергии электроны могут перейти из валетной зоны в зону проводимости и, фактически, стать свободными носителями заряда в области интерфейса. На основе этого свойства подобнее материалы можно использовать при создании энергонезависимых устройств памяти [7].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Для исследования фотоиндуцированной проводимости была собрана установка, в основе которой лежит проточный гелиевый криостат Janis ST-100 с контроллером LakeShore 325, позволяющим перестраивать температуру исследуемых объектов от гелиевых и азотных температур до 300 К, а также фемтосекундный лазерный комплекс с длиной волны лазерного излучения 514 нм, частотой следования импульсов 3 кГц и энергией в импульсе 80 мкДж. В эксперименте исследуемый образец закрепляли на специальной площадке на пальце криостата, к нему с помощью серебряной пасты закрепляли золотые контакты, которые были выведены на внешний разъем. Затем образец помещали в криостат, и откачивали его с помощью вакуумного поста. Излучение фемтосекундного лазера с помощью системы зеркал подавали через окно криостата на исследуемый объект. Проводимость измеряли с помощью стандартного четырехконтактного метода.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1 продемонстрированы результаты измерений температурных зависимостей темнового электросопротивления, а также сопротивления системы LAO/STO при облучении импульсным лазерным излучением на длине волны 514 нм. В обоих режимах сопротивление образца демонстрирует активационное поведение во всем температурном интервале измерений, при этом включение облучения при любом значении температуры из интервала приводит к обратимому росту сопротивления в ~10 раз. Очевидно, что подобное изменение нельзя связать с ожидаемым ростом числа фотоиндуцированных носителей заряда в области гетероперехода, либо требуется учитывать дополнительные факторы, влияющие на регистрируемое в эксперименте сопротивление образца [4, 8].

Рис. 1.

Температурные зависимости сопротивления образца LAO/STO в отсутствие (1) и в присутствии (2) облучения ультракороткими лазерными импульсами на длине волны 514 нм.

Как показано на рис. 2, изменение сопротивления как при включении, так и при выключении светового воздействия происходит в течение 20–30 с, после этого состояние восстанавливается полностью. Поскольку энергия фотона излучения с длиной волны вблизи 514 нм (~2.4 эВ), недостаточна для возбуждения электронных состояний в слое STO, для понимания процессов, ответственных за наблюдаемое фотоиндуцированное изменение проводимости, требуются дополнительные спектроскопические исследования глубоких состояний в образце, а также влияния нелинейных оптических эффектов, вызванных воздействием ультракоротких лазерных импульсов.

Рис. 2.

Динамика изменения сопротивления образца LAO/STO после включения (1) и выключения (2) облучения ультракороткими лазерными импульсами на длине волны 514 нм. Рядом с графиками приведена соответствующая температура образца.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 18-12-00260).