กลไกการกระเจิงและการขนส่งอิเล็กตรอนในโครงสร้างเฮทเทอโร เพอร์รอฟสไกต์ LaAlO3/SrTiO3 ที่อุณหภูมิต่ำ Scattering Mechanisms and Electron Transport in the Perovskite LaAlO3/SrTiO3 Heterostructure at Low Temperature

Abstract

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้ทำการศึกษาเชิงทฤษฎีของกลไกการกระเจิงและสมบัติการขนส่งของอิเล็กตรอนสองมิติในโครงสร้างเฮทเทอโรเพอร์รอฟสไกต์ LaAlO3/SrTiO3ที่อุณหภูมิต่ำ การคำนวณอัตราการกระเจิงและสภาพเคลื่อนที่ได้ของอิเล็กตรอนอาศัยกฎหลักของเฟอร์มีตามทฤษฎีการขนส่งเชิงเส้น และได้เสนอแบบจำลองของพลังงานศักย์การกระเจิงซึ่งประกอบด้วยกลไกการกระเจิงของไดโพลไฟฟ้า การแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่ผิวรอยต่อ ช่องว่างอะตอมออกซิเจน และความไม่เรียบของผิวรอยต่อ พบว่าผลการคำนวณสภาพเคลื่อนที่ได้ของอิเล็กตรอนให้ผลสอดคล้องเป็นอย่างดีกับผลการทดลองจากตัวอย่างซึ่งปลูกผลึกที่ความดันออกซิเจนแตกต่างกัน โดยสภาพเคลื่อนที่ได้ของอิเล็กตรอนสองมิติจะได้รับอิทธิพลจากการกระเจิงของไดโพลไฟฟ้า การแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่ผิวรอยต่อ และความไม่เรียบของผิวรอยต่อในตัวอย่างซึ่งปลูกผลึกที่ความดันออกซิเจน 10-4 ทอร์ สำหรับสภาพเคลื่อนที่ได้ของอิเล็กตรอนสองมิติได้รับอิทธิพลจากการกระเจิงของช่องว่างอะตอมออกซิเจนในตัวอย่างซึ่งปลูกผลึกที่ความดันออกซิเจน 10-6 ทอร์   คำสำคัญ : อิเล็กตรอนแก๊สสองมิติ กลไกการกระเจิง สภาพเคลื่อนที่ได้ของอิเล็กตรอน โครงสร้างเฮทเทอโร LaAlO3/SrTiO3 ABSTRACT Scattering mechanisms and electron transport properties of a two-dimensional electron gas (2DEG) in the perovskite LaAlO3/SrTiO3 heterostructure have been investigated theoretically at low temperature. The transport scattering time and electron mobility were calculated by using Fermi’s golden rule based on the linear transport theory, and the scattering potentials including scattering mechanisms of the dipole moment, cation intermixing, oxygen vacancy and interface roughness were proposed. It was found that the calculated mobilities provided good agreement to the experimental results with the samples grown at different oxygen partial pressures. The 2DEG mobility was dominated by the dipole, cation intermixing and interface roughness scatterings at the oxygen pressures of 10-4 Torr whereas the mobility was limited by the oxygen vacancy scattering at the oxygen pressures of 10-6 Torr.   Keywords : two-dimensional electron gas, scattering mechanisms, electron mobility, LaAlO3/SrTiO3 heterostructure