Electronic reconstruction at the interface between band insulating oxides: The LaALO3/SrTiO3system

Oxide Thin Films, Multilayers, and Nanocomposites

Volumn , Issue , 2015, Pages 181-211

  Salluzzo, Marco ^a  

^a CNR SPIN   (Italy)

Author keywords

2DEG; Electron gas; LaAlO3; LAO STO interface; SrTiO3

Indexed keywords

ELECTRON GAS; ELECTRONIC PROPERTIES; TWO DIMENSIONAL ELECTRON GAS;

2-D ELECTRON GAS; CONDUCTING INTERFACE; ELECTRONIC RECONSTRUCTION; LAALO3; MECHANISM OF FORMATION; OXIDE INTERFACES; QUASI-TWO-DIMENSIONAL ELECTRON SYSTEMS; SRTIO;

PHASE INTERFACES;

EID: 84937766110     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: 10.1007/978-3-319-14478-8_10     Document Type: Chapter

References (90)

1. M.B. Salamon, M. Jaime, Rev. Mod. Phys. 73, 583 (2001)
2. E. Fradkin, S.A. Kivelson, Nat. Phys. 8, 864 (2012)
3. J. Mannhart, D.G. Schlom, Science 327, 1607 (2010)
4. A. Ohtomo, D.A. Muller, J.L. Grazul, H.Y. Hwang, Nature 419, 378 (2002)
5. M. Imada, A. Fujimori, Y. Tokura, Rev. Mod. Phys. 70, 1039 (1998)
6. A. Ohtomo, H.Y. Hwang, Nature 427, 423 (2004)
7. M. Huijben, G. Koster, M.K. Kruize, S. Wenderich, J. Verbeeck, S. Bals, E. Slooten, B. Shi, H.J.A. Molegraaf, J.E. Kleibeuker, S. van Aert, J.B. Goedkoop, A. Brinkman, D.H.A. Blank, M.S. Golden, G. Van Tendeloo, H. Hilgenkamp, G. Rijnders, Adv. Funct. Mater. 23, 5240 (2013)
8. N. Reyren, S. Thiel, A.D. Caviglia, L.F. Kourkoutis, G. Hammerl, C. Richter, C.W. Schneider, T. Kopp, A.S. Ruetschi, D. Jaccard, M. Gabay, D.A. Muller, J.M. Triscone, J. Mannhart, Science 317, 1196 (2007)
9. A.D. Caviglia, S. Gariglio, N. Reyren, D. Jaccard, T. Schneider, M. Gabay, S. Thiel, G. Hammerl, J. Mannhart, J.M. Triscone, Nature 456, 624 (2008)
10. S. Thiel, G. Hammerl, A. Schmehl, C.W. Schneider, J. Mannhart, Science 313, 1942 (2006)
11. A.D. Caviglia, M. Gabay, S. Gariglio, N. Reyren, C. Cancellieri, J.M. Triscone, Phys. Rev. Lett. 104, 126803 (2010)
12. M.A. Hein, Supercond. Sci. Technol. 10, 867 (1997)
13. J.H. Song, T. Susaki, H.Y. Hwang, Adv. Mater. 20, 2528 (2008)
14. M. Salluzzo, C. Aruta, I. Maggio-Aprile, Ø. Fischer, S. Bals, J. Zegenhagen, Phys. Stat. Sol. (a) 186, 339 (2001)
15. M. Salluzzo, G. De Luca, D. Marrè, M. Putti, M. Tropeano, U. Scotti di Uccio, R. Vaglio, Phys. Rev. B 72, 134521 (2005)
16. R. Scherwitzl, S. Gariglio, M. Gabay, P. Zubko, M. Gibert, J.M. Triscone, Phys. Rev. Lett. 106, 246403 (2011)
17. K.A. Müller, H. Burkard, Phys. Rev. B 19, 3593 (1979)
18. J.H. Haeni, P. Irvin, W. Chang, R. Uecker, P. Reiche, Y.L. Li, S. Choudhury, W. Tian, M.E. Hawley, B. Craigo, Nature 430, 758 (2004)
19. S.G. Lim, S. Kriventsov, T.N. Jackson, J.H. Haeni, D.G. Schlom, A.M. Balbashov, R. Uecker, P. Reiche, J.L. Freeouf, G. Lucovsky, J. Appl. Phys. 91, 4500 (2002)
20. M. Cardona, Phys. Rev. 140, 651 (1965)
21. A. Spinelli, M.A. Torija, C. Liu, C. Jan, C. Leighton, Phys. Rev. B 81, 155110 (2010)
22. J. Appel, Soft-mode superconductivity in SrTiO 3−x. Phys. Rev. 180, 508 (1969)
23. X. Lin, Z. Zhu, B. Fauque, K. Behnia, Phys. Rev. X 3, 021002 (2013)
24. M. Kawasaki, K. Takahashi, T. Maeda, R. Tsuchiya, M. Shinohara, O. Ishiyama, T. Yonezawa, M. Yoshimoto, H. Koinuma, Science 266, 1540 (1994)
25. G. Koster, B.L. Kropman, G.J. Rijnders, D.H. Blank, H. Rogalla, Appl. Phys. Lett. 73, 2920 (1998)
26. A. Fragneto, G.M. De Luca, R. Di Capua, U. Scotti di Uccio, M. Salluzzo, X. Torrelles, T.-L. Lee, J. Zegenhagen, Appl. Phys. Lett. 91, 101910 (2007)
27. T. Kubo, H. Nozoye, Surf. Sci. 542, 177 (2003)
28. R. Eglitis, D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 77, 195408 (2008)
29. P.W. Tasker, J. Phys. C: Solid State Phys. 12, 4977–4984 (1979)
30. R. Francis, S. Moss, A. Jacobson, Phys. Rev. B 64, 235425 (2001)
31. H. Lehnert, H. Boysen, P. Dreier, Y. Yu, Z-Kristallogr. 215, 145 (2000)
32. G.J. Rijnders, G. Koster, D.H. Blank, H. Rogalla, Appl. Phys. Lett. 70, 1888 (1997)
33. M. Huijben, A. Brinkman, G. Koster, G. Rijnders, H. Hilgenkamp, D.H.A. Blank, Adv. Mater. 21, 1665 (2009)
34. T. Ohnishi, M. Lippmaa, T. Yamamoto, S. Meguro, H. Koinuma, Appl. Phys. Lett. 87, 241919 (2005)
35. S. Wicklein, A. Sambri, S. Amoruso, X. Wang, R. Bruzzese, A. Koehl, R. Dittmann, Appl. Phys. Lett. 101, 131601 (2012)
36. A. Sambri, D.V. Cristensen, F. Trier, Y.Z. Chen, S. Amoruso, N. Pryds, R. Bruzzese, X. Wang, Appl. Phys. Lett. 100, 231605 (2012)
37. M. Salluzzo, S. Gariglio, X. Torrelles, Z. Ristic, R. Di Capua, J. Drnec, M.M. Sala, G. Ghiringhelli, R. Felici, N.B. Brookes, Adv. Mater. 25, 2333 (2013)
38. M.P. Warusawithana, C. Richter, J.A. Mundy, P. Roy, J. Ludwig, S. Paetel, T. Heeg, A.A. Pawlicki, L.F. Kourkoutis, M. Zheng, M. Lee, B. Mulcahy, W. Zander, Y. Zhu, J. Schubert, J.N. Eckstein, D.A. Muller, C.S. Hellberg, J. Mannhart, D.G. Schlom, Nat. Commun. 4, 2351 (2013). doi: 10.1038/ncomms3351
39. G. Herranz, M. Basletic, M. Bibes, C. Carrétéro, E. Tafra, E. Jacquet, K. Bouzehouane, C. Deranlot, A. Hamzić, J.M. Broto, A. Barthélémy, A. Fert, Phys. Rev. Lett. 98, 216803 (2007)
40. C. Aruta, S. Amoruso, G. Ausanio, R. Bruzzese, E. Di Gennaro, M. Lanzano, F.M. Granozio, M. Riaz, A. Sambri, U.S. di Uccio, Appl. Phys. Lett. 101, 031602 (2012)
41. A. Brinkman, M. Huijben, M. van Zalk, J. Huijben, U. Zeitler, J.C. Maan, W.G. van der Wiel, G. Rijnders, D.H.A. Blank, H. Hilgenkamp, Nat. Mater. 6, 493 (2007)
42. E. Di Gennaro, U.S. di Uccio, C. Aruta, C. Cantoni, A. Gadaleta, A.R. Lupini, D. Maccariello, D. Marré, I. Pallecchi, D. Paparo, P. Perna, M. Riaz, F.M. Granozio, Adv. Opt. Mater. 1, 834 (2013)
43. Y.Z. Chen, N. Bovet, F. Trier, D.V. Christensen, F.M. Qu, N.H. Andersen, T. Kasama, W. Zhang, R. Giraud, J. Dufouleur, T.S. Jespersen, J.R. Sun, A. Smith, J. Nygård, L. Lu, B. Büchner, B.G. Shen, S. Linderoth, N. Pryds, Nat. Commun. 4, 1371 (2013)
44. R. Pentcheva, W. Pickett, Phys. Rev. Lett. 102, 107602 (2009)
45. At the moment there are no indications that the (001) LaAlO 3 can be at equilibrium LAO terminated. According to ref. [30] the stable termination of LaAlO 3 single crystals is AlO x
46. A. Janotti, L. Bjaalie, L. Gordon, C.G. Van de Walle, Phys. Rev. B 86, 241108 (2012)
47. S.A. Pauli, S.J. Leake, B. Delley, M. Björck, C.W. Schneider, C.M. Schlepütz, D. Martoccia, S. Paetel, J. Mannhart, P.R. Willmott, Phys. Rev. Lett. 106, 036101 (2011)
48. C. Cancellieri, D. Fontaine, S. Gariglio, N. Reyren, A.D. Caviglia, A. Fête, S.J. Leake, S.A. Pauli, P.R. Willmott, M. Stengel, P. Ghosez, J.M. Triscone, Phys. Rev. Lett. 107, 056102 (2011)
49. S.A. Chambers, M.H. Englehard, V. Shutthanandan, Z. Zhu, T.C. Droubay, T. Feng, H.D. Lee, T. Gustafsson, E. Garfunkel, A. Shah, J.M. Zuo, Q.M. Ramasse, Surf. Sci. Rep. 65, 317 (2010)
50. M. Sing, G. Berner, K. Goß, A. Müller, A. Ruff, A. Wetscherek, S. Thiel, J. Mannhart, S. Pauli, C. Schneider, P. Willmott, M. Gorgoi, F. Schäfers, R. Claessen, Phys. Rev. Lett. 102, 176805 (2009)
51. Y. Chen, N. Pryds, J.E. Kleibeuker, G. Koster, J. Sun, E. Stamate, B. Shen, G. Rijnders, S. Linderoth, Nano Lett. 11, 3774 (2011)
52. Z.Q. Liu, C.J. Li, W.M. Lü, X.H. Huang, Z. Huang, S.W. Zeng, X.P. Qiu, L.S. Huang, A. Annadi, J.S. Chen, J.M.D. Coey, T. Venkatesan, Ariando. Phys. Rev. X 3, 021010 (2013)
53. N. Nakagawa, H.Y. Hwang, D.A. Muller, Nat. Mater. 5, 204 (2006)
54. P. Willmott, S. Pauli, R. Herger, C. Schlepütz, D. Martoccia, B. Patterson, B. Delley, R. Clarke, D. Kumah, C. Cionca, Y. Yacoby, Phys. Rev. Lett. 99, 155502 (2007)
55. N.C. Bristowe, P. Ghosez, P.B. Littlewood, E. Artacho, J. Phys. Condens. Matter 26, 143201 (2014)
56. L. Yu, A. Zunger, Nature Comm. 5, 5118 (2014).
57. G. Berner, M. Sing, H. Fujiwara, A. Yasui, Y. Saitoh, A. Yamasaki, Y. Nishitani, A. Sekiyama, N. Pavlenko, T. Kopp, Phys. Rev. Lett. 110, 247601 (2013)
58. C. Cen, S. Thiel, G. Hammerl, C.W. Schneider, K.E. Andersen, C.S. Hellberg, J. Mannhart, J. Levy, Nat. Mater. 7, 298 (2008)
59. F. De Groot, J. Electron Spectros. Relat. Phenom. 67, 529 (1994)
60. M. Salluzzo, S. Gariglio, D. Stornaiuolo, V. Sessi, S. Rusponi, C. Piamonteze, G.M. De Luca, M. Minola, D. Marrè, A. Gadaleta, H. Brune, F. Nolting, N.B. Brookes, G. Ghiringhelli, Phys. Rev. Lett. 111, 087204 (2013)
61. M. Salluzzo, J. Cezar, N. Brookes, V. Bisogni, G. De Luca, C. Richter, S. Thiel, J. Mannhart, M. Huijben, A. Brinkman, G. Rijnders, G. Ghiringhelli, Phys. Rev. Lett. 102, 166804 (2009)
62. 1). Still, a more appropriate definition of the charge of an atom in ionic crystal is necessary
63. Z. Ristic, R. Di Capua, G.M. De Luca, F. Chiarella, G. Ghiringhelli, J.C. Cezar, N.B. Brookes, C. Richter, J. Mannhart, M. Salluzzo, Europhys. Lett. 93, 17004 (2011)
64. C. Cancellieri, M.L. Reinle-Schmitt, M. Kobayashi, V.N. Strocov, P.R. Willmott, D. Fontaine, P. Ghosez, A. Filippetti, P. Delugas, V. Fiorentini, Phys. Rev. B 89, 121412 (2014)
65. A.F. Santander-Syro, O. Copie, T. Kondo, F. Fortuna, S. Pailhès, R. Weht, X.G. Qiu, F. Bertran, A. Nicolaou, A. Taleb-Ibrahimi, P. Le Fèvre, G. Herranz, M. Bibes, N. Reyren, Y. Apertet, P. Lecoeur, A. Barthélémy, M.J. Rozenberg, Nature 469, 189 (2010)
66. R. Pentcheva, W. Pickett, Phys. Rev. B 74, 035112 (2006)
67. P. Delugas, A. Filippetti, V. Fiorentini, D.I. Bilc, D. Fontaine, P. Ghosez, Phys. Rev. Lett. 106, 166807 (2011)
68. M. Breitschaft, V. Tinkl, N. Pavlenko, S. Paetel, C. Richter, J.R. Kirtley, Y.C. Liao, G. Hammerl, V. Eyert, T. Kopp, J. Mannhart, Phys. Rev. B 81, 153414 (2010)
69. C. Richter, H. Boschker, W. Dietsche, E. Fillis-Tsirakis, R. Jany, F. Loder, L.F. Kourkoutis, D.A. Muller, J.R. Kirtley, C.W. Schneider, J. Mannhart, Nature 502, 528 (2013)
70. Z. Ristic, R. Di Capua, F. Chiarella, G.M. De Luca, I. Maggio-Aprile, M. Radović, M. Salluzzo, Phys. Rev. B 86, 045127 (2012)
71. Y. Ishida, R. Eguchi, M. Matsunami, K. Horiba, M. Taguchi, A. Chainani, Y. Senba, H. Ohashi, H. Ohta, S. Shin, Phys. Rev. Lett. 100, 056401 (2008)
72. Ariando, X. Wang, G. Baskaran, Z.Q. Liu, J. Huijben, J.B. Yi, A. Annadi, A.R. Barman, A. Rusydi, S. Dhar, Y.P. Feng, J. Ding, H. Hilgenkamp, T. Venkatesan, Nat. Commun. 2, 188 (2011)
73. L. Li, C. Richter, J. Mannhart, R.C. Ashoori, Nat. Phys. 7, 762 (2011)
74. J.A. Bert, B. Kalisky, C. Bell, M. Kim, Y. Hikita, H.Y. Hwang, K.A. Moler, Nat. Phys. 7, 767 (2011)
75. M.R. Fitzsimmons, N.W. Hengartner, S. Singh, M. Zhernenkov, F.Y. Bruno, J. Santamaria, A. Brinkman, M. Huijben, H.J.A. Molegraaf, J. de la Venta, I.K. Schuller, Phys. Rev. Lett. 107, 217201 (2011)
76. Z. Salman, O. Ofer, M. Radović, H. Hao, M. Ben Shalom, K.H. Chow, Y. Dagan, M.D. Hossain, C.D.P. Levy, W.A. MacFarlane, G.M. Morris, L. Patthey, M.R. Pearson, H. Saadaoui, T. Schmitt, D. Wang, R.F. Kiefl, Phys. Rev. Lett. 109, 257207 (2012)
77. P. Gambardella, S. Rusponi, M. Veronese, S.S. Dhesi, C. Grazioli, A. Dallmeyer, I. Cabria, R. Zeller, P.H. Dederichs, K. Kern, C. Carbone, H. Brune, Science 300, 1130 (2003)
78. J.S. Lee, Y.W. Xie, H.K. Sato, C. Bell, Y. Hikita, H.Y. Hwang, C.C. Kao, Nat. Mater. 12, 703 (2013)
79. E. Stavitski, F.M.F. de Groot, Micron 41, 687 (2010)
80. S. Banerjee, O. Erten, M. Randeria, Nat. Phys. 9, 626 (2013)
81. A. Savoia, D. Paparo, P. Perna, Z. Ristic, M. Salluzzo, F. Miletto Granozio, U. Scotti di Uccio, C. Richter, S. Thiel, J. Mannhart, L. Marrucci, Phys. Rev. B 80, 075110 (2009)
82. A.F. Santander-Syro, C. Bareille, F. Fortuna, O. Copie, M. Gabay, F. Bertran, A. Taleb- Ibrahimi, P. Le Fèvre, G. Herranz, N. Reyren, M. Bibes, A. Barthélémy, P. Lecoeur, J. Guevara, M.J. Rozenberg, Phys. Rev. B 86, 121107 (2012)
83. D. Stornaiuolo et al., Appl. Phys. Lett. 101, 222601 (2012)
84. R. Jany et al., Adv. Mater. Interfaces 1, 1300031 (2013)
85. G.M. De Luca, R. Di Capua, E. Di Gennaro, F.M. Granozio, D. Stornaiuolo, M. Salluzzo, A. Gadaleta, I. Pallecchi, D. Marrè, C. Piamonteze, M. Radović, Z. Ristic, S. Rusponi, Phys. Rev. B 89, 224413 (2014)
86. S. Das, A. Rastogi, L. Wu, J.-C. Zheng, Z. Hossain, Y. Zhu, R.C. Budhani, Phys. Rev. B 90, 081107 (2014)
87. A. Annadi, Q. Zhang, X.R. Wang, N. Tuzla, K. Gopinadhan, W.M.L. Uuml, A.R. Barman, Z.Q. Liu, A. Srivastava, S. Saha, Y.L. Zhao, S.W. Zeng, S. Dhar, E. Olsson, B. Gu, S. Yunoki, S. Maekawa, H. Hilgenkamp, T. Venkatesan, Ariando. Nat. Commun. 4, 1838 (2013)
88. G. Herranz, F. Sánchez, N. Dix, M. Scigaj, J. Fontcuberta, Scientific Reports 2, 758 (2012)
89. D. Doennig, W.E. Pickett, R. Pentcheva, Phys. Rev. Lett. 111, 126804 (2013)
90. D. Stornaiuolo, et al. Phys. Rev. B 90, 235426 (2014)