กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดที่แก้ไขด้วยความคลาดเคลื่อนของ La₂ออกไซด์₄- อินเทอร์เฟซตัวนำยิ่งยวดที่ศูนย์สตุตการ์ตสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

บทนำ

โครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างออกไซด์เชิงซ้อนเชิงฟังก์ชันคุณภาพสูงเป็นระบบที่ยอดเยี่ยมสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์ส่วนต่อประสานที่เกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันระหว่างเลเยอร์ใกล้เคียง [1,2] ขึ้นอยู่กับทางเลือกขององค์ประกอบ ปรากฏการณ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่แตกต่างกันสามารถเกิดขึ้นได้ที่ส่วนต่อประสาน รวมถึงการสร้างใหม่ทางอิเล็กทรอนิกส์และวงโคจร ปฏิสัมพันธ์การแลกเปลี่ยนแม่เหล็ก การบิดเบือนโครงสร้างผลึก การผสมทางเคมีหรือการแตกของสมมาตรคริสตัล [3]
ในบริบทนี้ การค้นพบที่น่าตื่นเต้นอย่างหนึ่งเมื่อเร็วๆ นี้คือการสังเกตของตัวนำยิ่งยวดส่วนต่อประสานที่อุณหภูมิสูง (HT-IS) ที่ส่วนต่อประสานระหว่างแลนทานัมคัปเตรต (M) แลนทานัมคัปเทรตที่ปลูกโดย epitaxially_1.55Sr_0.45ออกไซด์₄) และฉนวนที่ไม่เจือปน (I) La₂ออกไซด์₄ (LCO) ชั้น [4] ซึ่งไม่มีสารตัวนำยิ่งยวดหากถ่ายเพียงลำพัง ความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับ HT-IS เป็นขั้นตอนที่สำคัญมากในการเปิดเผยกลไกสำหรับตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง (HTSC) [4,5] ซึ่งอาจช่วยให้กระจ่างในคำถามที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของส่วนต่อประสานตัวนำยิ่งยวด [4], มิติและตำแหน่งของมัน [6] และผลกระทบของโครงสร้างผลึกและตำแหน่งอะตอมต่อคุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวด [7,8] การศึกษาจำนวนมากใช้วิธีการทดลองขั้นสูงตลอดจนแนวทางที่เป็นนวัตกรรมใหม่ได้ตอบคำถามเหล่านี้ [6,7,9-13]
เพื่ออธิบาย HT-IS ใน M–I lanthanum cuprate bilayers ได้มีการเรียกใช้แบบจำลองที่อิงตามการถ่ายโอนประจุทางอิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากความแตกต่างของศักย์ทางเคมีของรูระหว่างเฟสที่เจือมากเกินไปและเฟสที่ต่ำกว่าเจือปน [6,13] ]. ผลที่ตามมาของการกระจายซ้ำดังกล่าว พื้นที่เจือที่มีความเข้มข้นของรูที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ HT-IS จะก่อตัวขึ้นในเฟสฉนวนในนาม (กล่าวคือ CuO ที่สอง₂ เครื่องบินใน LCO ห่างจากอินเทอร์เฟซ) ในไบเลเยอร์ดังกล่าว อุณหภูมิวิกฤตของตัวนำยิ่งยวด (T_c) ยังพบว่าขึ้นอยู่กับลำดับการสะสม (เช่น MI หรือ IM) โดยที่ชั้นบนสุดใช้พารามิเตอร์โครงตาข่ายที่อยู่นอกระนาบของเฟสด้านล่างอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของไฟฟ้าสถิต ("ความเครียดมาเดลุง") และเส้นตรง ความสัมพันธ์ระหว่าง T_c และ c เปิดเผย [7] การค้นพบดังกล่าวเปิดฉากสถานการณ์ที่น่าตื่นเต้นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของอุณหภูมิวิกฤตของตัวนำยิ่งยวดในโครงสร้างเฮเทอโรสตรัคเจอร์ของแลนทานัมคัปเปต M–I โดยหลักการแล้วสามารถหาได้โดยการปรับค่าพารามิเตอร์ขัดแตะนอกระนาบของชั้นล่างอย่างเหมาะสม
การพัฒนาความคลาดทรงกลม (C_s) ตัวแก้ไข [14] ใน (การสแกน) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน ((S) TEM) ให้ความละเอียดเชิงพื้นที่ย่อยอองสตรอม ใน STEM เทคนิคการถ่ายภาพแบบวงแหวนสว่าง (ABF) มีความสามารถในการถ่ายภาพองค์ประกอบของแสง [15-17] เช่น ออกซิเจน ซึ่งทำให้ ABF น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับการตรวจสอบเปอร์รอฟสไกต์ออกไซด์ [18,19] สามารถบันทึกภาพ ABF ได้พร้อมกันด้วยภาพมุมมืดวงแหวนมุมสูง (HAADF) [20] และสัมพันธ์กับเทคนิคทางสเปกโตรสโกปี เช่น สเปกโทรสโกปีการสูญเสียพลังงานอิเล็กตรอน (EELS) และเอ็กซ์เรย์แบบกระจายพลังงาน (EDX) นอกจากนี้ เป็นที่ทราบกันดีว่าคุณสมบัติของโครงสร้างออกไซด์ประเภท perovskite ที่ซับซ้อน (ส่วนใหญ่เป็น ABO₃ และ A₂BO₄ โครงสร้างประเภทและอนุพันธ์) ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเล็กน้อยของ BO₆ โครงข่ายแปดด้าน [21,22]. ดังนั้น การทำความเข้าใจว่าการบิดเบือนรูปแปดด้านมีความสัมพันธ์กับการแจกแจงสารเจือปนอย่างไรและจะปรับเปลี่ยนการทำงานของโครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างออกไซด์ที่ซับซ้อนอย่างไรจึงมีความสำคัญ แม้ว่าเมื่อเร็ว ๆ นี้การบิดเบือนรูปแปดด้านที่ส่วนต่อประสานของโครงสร้างต่าง ๆ จะได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางผ่านการถ่ายภาพ ABF [18,19,22-25] ความเข้าใจในปัจจุบันของเครือข่ายแปดด้านและการบิดเบือนใน A₂BO₄ ระบบยังมีข้อจำกัด
ในงานนี้ เราแสดงให้เห็นถึงบทบาทที่ขาดไม่ได้ของ STEM ที่มีการแก้ไขความคลาดเคลื่อนในการกำหนดและตีความการบิดเบือนรูปแปดด้านระหว่างใบหน้าในโครงสร้างเฮเทอโรของออกไซด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ La₂ออกไซด์₄อินเทอร์เฟซตัวนำยิ่งยวด เราได้ศึกษาภาษาลา .อย่างครอบคลุม_1.6A_0.4ออกไซด์₄– ลา₂ออกไซด์₄ bilayers (ด้วย A = Ca, Sr, Ba) และสองมิติ (2D) เจือLa₂ออกไซด์₄ superlattices (SLs) ซึ่งเติบโตโดยใช้เทคนิค atomic-layer-by-layer oxide molecules epitaxy (ALL-oxide MBE) [26] โดยใช้เทคนิค STEM ที่มีความละเอียดสูงในการวิเคราะห์ ผ่านการตรวจสอบ STEM-EELS ที่แก้ไขด้วยอะตอม เราแสดงให้เห็นว่าขนาดของสารเจือปนส่งผลต่อการกระจายตัวของสารเจือปนอย่างไร และด้วยเหตุนี้กลไกตัวนำยิ่งยวดของระบบ นอกจากนี้ โดยการวิเคราะห์การกระจัดที่เกิดจากความเครียดของไอออนบวกและประจุลบที่ความละเอียดพิโคมิเตอร์ เราแสดงให้เห็นว่าขนาดไม่ตรงกันระหว่างสารเจือปนและโฮสต์ La³⁺ ไอออนบวกมีผลโดยตรงต่อโครงสร้างและโดยเฉพาะอย่างยิ่งต่อสภาวะความเครียดที่อยู่นอกระนาบ [27]

La₂ออกไซด์₄ bilayers: การตรวจสอบผลกระทบของขนาดสารเจือปนบน HT-IS

โครงสร้าง bilayer เติบโตบน LaSrAlO₄ (LSAO) (001) ซับสเตรต ซึ่งกระบวนการเติบโตเริ่มต้นด้วยชั้นโลหะที่เจือมากเกินไป ตามด้วยชั้นฉนวนที่ไม่มีการเจือปน แบบจำลองโครงสร้างของไบเลเยอร์ที่ปลูก ALL-ออกไซด์ MBE แสดงไว้ในรูปที่ 1a รูปที่ 1b–d แสดงรูปภาพ HAADF ที่แก้ไขด้วยอะตอมซึ่งครอบคลุมพื้นผิวและชั้นโลหะและชั้นฉนวนที่ระบุซึ่งแสดงให้เห็นถึงคุณภาพของ bilayers เช่นเดียวกับส่วนต่อประสานที่สมบูรณ์แบบและไม่มีข้อบกพร่องที่ขยายออกไป เช่น ความคลาดเคลื่อนที่ไม่เหมาะสมและ/หรือข้อผิดพลาดในการซ้อน การวัดค่า XRD เบื้องต้นพบว่าค่าที่สั้นที่สุด c ค่าคงที่ขัดแตะแกน - (13.22 Å) ถูกสังเกตพบสำหรับไบเลเยอร์ LCCO/LCO ในขณะที่พารามิเตอร์ขัดแตะแกน c คือ 13.28 Å และ 13.37 Å สำหรับไบเลเยอร์ LSCO/LCO และ LBCO/LCO ตามลำดับ การค้นพบดังกล่าวมีความสัมพันธ์อย่างชัดเจนกับรัศมีประจุบวกที่ระบุในการประสานงานเก้าเท่า [28] อันเป็นผลมาจากความเครียดมาเดลุง [7] สำหรับระบบ LCCO/LCO, LSCO/LCO และ LBCO/LCO อุณหภูมิวิกฤตของตัวนำยิ่งยวด (T_c) คือ ~17 K, ~36 K และ ~39 K ตามลำดับ [29]

มะเดื่อ. 1

a) แบบจำลองโครงสร้างของ bilayers ที่ปลูกบนสารตั้งต้น LSAO และรูปภาพ STEM–HAADF ที่แสดงส่วนต่อประสานที่เชื่อมโยงกันของ b) Ba-(LBCO), c) Sr- (LSCO) และ d) Ca-(LCCO) bilayers ที่เจือ ภาพ HAADF ถูกถ่ายไปตามทิศทาง [100] ของซับสเตรต LSAO จ) การวัดการขนส่งเป็นความต้านทานเทียบกับอุณหภูมิสำหรับ bilayers ที่เจือต่างกัน ตัวเลขทำซ้ำโดยได้รับอนุญาตจากอธิบดี [36].

การกระจายสารเจือปน

เพื่อให้เข้าใจอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นถึงโครงสร้างส่วนต่อประสานและในปัจจุบัน c vs T_c เมื่อเปรียบเทียบกับวรรณกรรมแล้ว ได้ดำเนินการสร้างภาพและสเปกโตรสโคปีแบบแก้ไขด้วยอะตอม รูปที่ 2a, b นำเสนออิมเมจ HAADF ของ bilayer LCCO/LCO ภาพที่แยกส่วนด้วยอะตอมโดยใช้กำลังขยายที่สูงขึ้นของบริเวณที่ไฮไลต์ในรูปที่ 2a จะแสดงในรูปที่ 2b รูปที่ 2c แสดงโปรไฟล์ความเข้มของภาพ HAADF ที่นำมาจาก bilayer Ca-doped ที่แสดงในรูปที่ 2a ในภาพ HAADF บริเวณที่มี Ca-doped แสดงคอนทราสต์ที่เข้มกว่าเนื่องจาก Z -ตัดกัน (Z_La = 57 และ Z_Ca = 20) [20,30] และความเข้มของ HAADF เพิ่มขึ้นในเซลล์ 1–2 ยูนิตแรก (uc) ซึ่งบ่งชี้ถึงบริเวณที่มี Ca-depleted ในเลเยอร์ LCCO รูปที่ 2d, 2f และ 2h แสดง RGB (สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินแสดงถึง Cu, La และสารเจือปน ตามลำดับ) แผนที่ความละเอียดอะตอมของ Bilayers Ca-, Sr- และ Ba-doped ที่วัดโดย EELS โปรไฟล์เฉลี่ยของการแจกแจงสารเจือปนที่ได้จากแผนที่ EELS นั้นแสดงอยู่ใต้แผนที่ RGB แต่ละอันในรูปที่ 2e, 2g และ 2i แผนที่ RGB และโปรไฟล์เฉลี่ยของการแจกแจงสารเจือปนสำหรับไบเลเยอร์แต่ละตัวแสดงความแตกต่างของลักษณะเฉพาะ Sr-doped bilayer แสดงการกระจายที่เป็นเนื้อเดียวกันมากที่สุดในบรรดาสารเจือปน (รูปที่ 2f และ 2g) ความฉับพลันของอินเทอร์เฟซ LSCO/LCO สามารถประมาณได้จากการสลายตัวของการกระจาย Sr จากเลเยอร์ M ไปยังเลเยอร์ I ที่ 1.6 ± 0.4 นาโนเมตร ซึ่งสอดคล้องกับค่าความกว้างของอินเทอร์เฟซที่รายงานในเอกสาร [ 4]. ในทางกลับกัน การกระจายตัวของสารเจือปน Ca และ Ba ในสารไบเลเยอร์ LCCO/LCO และ LBCO/LCO มีความเหมือนกันน้อยกว่า แผนที่ EELS RGB ที่แก้ไขโดยอะตอม (รูปที่ 2 ชั่วโมง) และโปรไฟล์เฉลี่ยของสารเจือปน Ba (รูปที่ 2i) บ่งชี้ว่าความเข้มข้นของ Ba เพิ่มขึ้นไปทางส่วนต่อประสาน LBCO/LCO ที่ระบุ และแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีแนวโน้มที่ Ba จะแยกออกจากพื้นผิวอิสระ ของภาพยนตร์ ที่สำคัญที่สุด เนื่องจากการโยกย้าย Ba ดังกล่าว อินเทอร์เฟซ LBCO/LCO ค่อนข้างจะเลอะเทอะและกว้างกว่าสารเจือปนอื่นๆ มาก กล่าวคือ ความกว้างของอินเทอร์เฟซสำหรับ LBCO คือ 2.6 ± 0.6 นาโนเมตร เท่าที่เกี่ยวข้องกับ LCCO/LCO bilayer เราสังเกตแนวโน้มที่ Ca สะสมที่ส่วนต่อประสานระหว่างซับสเตรตและชั้น epitaxial ตามด้วยการสูญเสีย Ca ใน 1^st และ 2^nd uc (รูปที่ 2d และ 2e) พฤติกรรมนี้น่าจะเชื่อมโยงกับสภาวะความเครียดในระนาบที่อัดแน่นในภาพยนตร์ ในกรณีนี้ ขอบเขตของการผสมประจุบวกที่ส่วนต่อประสาน M–I และความกว้างของส่วนต่อประสานประมาณประมาณ ~1.4 ± 0.4 นาโนเมตร สำหรับการกำหนดความกว้างการกระจายสำหรับสารเจือแต่ละชนิด การสแกนหลายบรรทัดที่ได้มาจากภูมิภาคต่างๆ ของตัวอย่างจะถูกเฉลี่ยเพื่อปรับปรุงสถิติ
การตรวจสอบของเราเน้นถึงอิทธิพลที่ลึกซึ้งของสารเจือปนต่อคุณสมบัติเชิงโครงสร้างขั้นสุดท้ายของ bilayers และตามคุณสมบัติการขนส่งทางไฟฟ้า [29] เราสังเกตผลกระทบที่สำคัญของขนาดสารเจือปนในสถานะความเครียดในระนาบของภาพยนตร์ ในลักษณะเดียวกันกับที่ลีได้แสดงให้เห็นแล้ว อัล et . สำหรับระบบ perovskite ที่เกี่ยวข้อง [27]. โดยเฉพาะเมื่อ Ba²⁺ เป็นสารเจือปน กล่าวคือ ในไบเลเยอร์ LBCO/LCO จะเหนี่ยวนำให้เกิดความเครียดในระนาบสูงสุดเนื่องจากขนาดไม่พอดี เนื่องจากภาพ HAADF แสดงให้เห็นการเจริญเติบโตของ epitaxial ที่สมบูรณ์แบบของฟิล์มทั้งหมดโดยไม่มีข้อบกพร่องใด ๆ ที่สามารถบรรเทาความเครียดได้ วิธีเดียวที่จะได้การคลายความเครียดในกรณีของระบบ Ba-doped คือการจัดเรียงใหม่ของสารเจือปนภายในฟิล์ม นั่นคือ การแยกส่วนที่เกิน Ba เข้าหาผิวฟิล์ม
อย่างน่าทึ่ง เราสังเกตเห็นความเบี่ยงเบนอย่างมากจากการพึ่งพาเชิงเส้นที่คาดหวังของ T_c บน c พารามิเตอร์ตาข่ายแกนสำหรับ bilayers M–I ด้วย T_c ของไบเลเยอร์ LBCO/LCO ต่ำกว่าที่คาดไว้ (มากกว่า 60 K) ในขณะที่พารามิเตอร์ขัดแตะแกน c เพิ่มขึ้น [29] ในการอธิบายบริบทนี้ เราจำเป็นต้องพิจารณาการแจกแจงสารเจือปนที่อินเทอร์เฟซ M–I แต่ละรายการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ขอบเขตการผสมระหว่างประจุบวกเฉลี่ยสูงถึง 2 uc ในกรณีของไบเลเยอร์ LBCO/LCO การกระจาย Ba ที่ผิดปกติเป็นผลมาจากการแยก Ba ไปยังพื้นผิวฟิล์ม ซึ่งส่งผลให้อินเทอร์เฟซ M–I กว้างขึ้นโดยเฉพาะ การค้นพบนี้อธิบายถึงการลดลง T_c ของ bilayers LBCO/LCO ตามที่แสดงให้เห็นสำหรับระบบที่ใช้ LCO ที่เกี่ยวข้องซึ่งส่วนต่อประสานการแพร่กระจายนำไปสู่แบบจำลองยาสลบแบบคลาสสิกที่เรียกว่า "การเติมที่เป็นเนื้อเดียวกัน" [31] ซึ่งความเข้มข้นของรูจะเพิ่มขึ้นตาม ข้อบกพร่องจุดเจือปนไอออนิกแบบกระจายแบบสุ่ม แทนที่จะเป็นเอฟเฟกต์อินเทอร์เฟซ ที่กำหนดคุณสมบัติทางกายภาพเฉพาะที่ขั้นสุดท้าย ในสถานการณ์เช่นนี้ (มีการใช้งานยาสลบที่เป็นเนื้อเดียวกันเท่านั้น) เราคาดหวัง T_c ไม่เกินค่าที่ได้รับในระบบเฟสเดียวที่มีสารเจือปน กล่าวคือ ค่าสูงสุด T_c ได้ ~ 40 K สำหรับตัวอย่าง LBCO ที่เจืออย่างเหมาะสมซึ่งเติบโตโดย epitaxially บน LaSrAlO₄ (001) พื้นผิว [32] สำหรับไบเลเยอร์ทั้ง LCCO/LCO และ LSCO/LCO แม้ว่าจะมีการแจกจ่ายสารเจือปนบางอย่างที่อินเทอร์เฟซ คุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดและโครงสร้างสอดคล้องกับ HT-IS โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับอินเทอร์เฟซ LSCO/LCO ที่ตรวจสอบโดย Gozar และคณะ . [4], Sr ถูกแจกจ่ายซ้ำในเฟสที่แยกออกมาในนามสำหรับความลึกประมาณ 1 uc นั่นคือ 1.3 nm ตามการสังเกตของเราในโครงสร้าง LCCO/LCO และ LSCO/LCO

มะเดื่อ. 2

คอลัมน์อะตอมแก้ไขภาพสเปกตรัม STEM และ EELS (a) รูปภาพ HAADF ที่แสดงคุณภาพการเติบโต โครงสร้างที่ปราศจากข้อบกพร่อง และส่วนต่อประสานที่เชื่อมโยงกันของ LCCO/LCO (b) กำลังขยายสูงของพื้นที่ที่เน้นด้วยสี่เหลี่ยมสีแดงใน (a) (c) โปรไฟล์ความเข้มตามลูกศรสีดำใน (a) เฉลี่ยในแนวนอน ใน (d), (f) และ (h), แผนที่องค์ประกอบ RGB (La = สีเขียว Cu = สีแดง เจือ = สีน้ำเงิน) ใน (e) (g) และ (i) การแจกแจงสารเจือปนของ bilayers ที่เจือด้วย Ca-, Sr- และ Ba ตามที่ได้รับจากแผนที่ใน (d) (f) และ (h) จะปรากฏขึ้น ตัวเลขทำซ้ำโดยได้รับอนุญาตจากอธิบดี [29].

การแสดงภาพเอฟเฟกต์ของ Jahn–Teller ที่อินเทอร์เฟซ

หลังจากเปิดเผยการแจกแจงสารเจือปนแล้ว เรามุ่งเน้นไปที่ผลกระทบที่สัมพันธ์กันต่อโครงสร้างของโครงข่ายแปดด้าน CuO₆ octahedron ในผู้ปกครองLa₂ออกไซด์₄ เฟสถูกยืดออกตามแนวแกน c โดยเอฟเฟกต์ Jahn–Teller (JT) [33] และแสดงพันธะ Cu–O สั้นสองอันและสั้นสี่อัน [34] มีรายงานว่าในระบบดังกล่าว การรวมตัวของสารเจือปนเป็นตัวกำหนดการบีบอัดของรูปแปดด้าน (กล่าวคือ การลดลงของระยะปลาย Cu–O) [35] ซึ่งนิยามว่าเป็นเอฟเฟกต์ต้านยาห์น–เทลเลอร์ (AJT) [33]
ในบริบทนี้ เราได้รับภาพ HAADF (รูปที่ 1) และ ABF (รูปที่ 3) ของส่วนต่อประสานของตัวอย่างทั้งหมดพร้อมกัน ดังนั้นจึงสร้างภาพคอลัมน์อะตอมทั้งหมดในโครงสร้างผลึก ได้แก่ La/Sr–O, Cu–O และ โอ [36]. ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณและวัดความบิดเบี้ยวของโครงตาข่ายในพื้นที่ เราจับคู่ตำแหน่งอะตอมทั้งหมดจากภาพโดยหาตำแหน่งศูนย์กลางมวลก่อน จากนั้นจึงปรับแต่งขั้นตอนการปรับ 2D Gaussian สำหรับแต่ละคอลัมน์ของอะตอม รูปที่ 37a–c แสดงรูปภาพ ABF ที่แก้ไขคอลัมน์อะตอมอย่างชัดเจน ในรูปที่ 3d กำหนดการวัดระยะทางระหว่างอะตอม ลูกศรสีแดงแสดงระยะห่างระหว่างอะตอมออกซิเจนปลาย ลูกศรสีเขียวแสดงระยะห่างระหว่างอะตอมออกซิเจนในระนาบฐาน
โดยหาค่าเฉลี่ยโปรไฟล์ความเข้มข้นของสารเจือปนจากธาตุ Ba-M_4,5,ซีเนียร์-แอล_2,3 และ Ca-L_2,3 EELS วิเคราะห์ การรวมความเข้มสำหรับแต่ละบล็อกที่ประกอบเป็นองค์ประกอบ (เช่น ครึ่ง uc ของ A₂BO₄ โครงสร้าง) การสรุปค่าของบล็อกที่มีองค์ประกอบทั้งหมดตามทิศทางการเติบโต และการปรับขนาดโปรไฟล์ความเข้มข้นของยาสลบเพื่อรักษาปริมาณสารสัมพันธ์ทั่วโลก เราได้รับความเข้มข้นของสารเจือปน (x ) สำหรับแต่ละบล็อกที่มีองค์ประกอบ รูปที่ 4 a–c สรุปความเข้มข้นของสารเจือปนและให้ข้อมูลเชิงปริมาณเกี่ยวกับองค์ประกอบของแต่ละบล็อก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วจากแผนภาพเฟสอิเล็กทรอนิกส์ของระบบแลนทานัมคัพเพรทที่เจือด้วยรู ว่าเฟสของตัวนำยิ่งยวดในระบบจำนวนมากเกิดขึ้นเมื่อระดับยาสลบของ₂ออกไซด์₄ uc อยู่ระหว่าง 0.05 ≤ x ≤ 0.26 [38] ที่ระดับยาสลบที่ต่ำกว่า จะมีเฟสของฉนวน (under-doped) ในขณะที่เฟสโลหะ (over-doped) จะปรากฏที่ x > 0.26 ระยะทางระหว่างอะตอมที่วัดได้เทียบกับจำนวน CuO₂ เครื่องบิน (หรือบล็อก LCO) จะแสดงในรูปที่ 4d–f ระยะห่างระหว่างอะตอมและจุดยอดของ O–O ระหว่างอะตอมจะแสดงเป็นสีเขียวและสีแดงตามลำดับ แต่ละจุดข้อมูลสอดคล้องกับบล็อก LCO ที่วัดได้หนึ่งบล็อก ระยะห่างระหว่างอะตอมของ O–O ถูกปรับเทียบตามระยะทางที่วัดได้ในพื้นผิว LSAO
การวัดระยะทาง O–O บนระนาบฐานทั้งหมดสำหรับ bilayers ที่แตกต่างกันสามตัวแสดงค่าเดียวกัน (เช่น ~ 3.75 Å) ซึ่งแสดงความสอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์แบบกับซับสเตรต LSAO การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าฟิล์มทั้งหมดอยู่ภายใต้ความเครียดในระนาบแรงอัด [30] ในทางกลับกัน ในระบบ LBCO/LCO จะสังเกตเห็นระยะห่างของออกซิเจนบนยอดที่ลดลงอย่างมากเมื่อความเข้มข้นของ Ba เพิ่มขึ้น (รูปที่ 4d) ในบล็อก LCO แรกของชั้น epitaxial ระยะห่างที่วัดได้คือ 4.72 ± 0.03 Å ในขณะที่ 4.51 ± 0.04 Å ในบล็อก LCO ที่ 6 ในคอลัมน์ต่อไปนี้ (ที่อยู่ถัดจากส่วนต่อประสาน LBCO/LCO ที่ระบุ) ระยะปลาย O–O จะถูกประเมินเป็น 4.69 ± 0.030 Å เมื่อพิจารณาความเข้มข้นของสารเจือปนจากการวิเคราะห์ EELS (รูปที่ 2e, f และ 4a) จะเห็นได้ชัดว่าบล็อกส่วนใหญ่แสดงเฟสของโลหะและตัวนำยิ่งยวด สิ่งนี้บ่งชี้ว่า เนื่องจากการผสมระหว่างไอออนิก กล่าวคือ การเติมไอออน การนำยิ่งยวดในไบเลเยอร์ LBCO/LCO ไม่ควรกำหนดถึงผลกระทบที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสาน M–I ค่อนข้างเป็นปรากฏการณ์จำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับบล็อกหลายหน่วย [29] นอกจากนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างการไล่ระดับในการกระจาย Ba และระยะทาง O–O ปลายทั้งสองด้านของอินเทอร์เฟซ M–I (เช่น การลดลงของระยะ O–O ปลายกับการเพิ่ม Ba doping กลับกัน) สามารถอธิบายได้ว่า เอฟเฟกต์ AJT ทำให้เกิดการบิดเบือน AJT [33] ซึ่งส่งผลให้มีการแปลรูในทั้งสอง d_{x2 – y2} และ d_z2 ออร์บิทัล [39]. ดังนั้น แม้ว่าพารามิเตอร์ c -lattice ที่ใหญ่กว่าจะได้รับจากการเติม Ba ในกลุ่ม [32] และโครงสร้าง heterostructure ที่ปลูกแบบ epitaxially รวมถึงฟิล์มแบบเฟสเดียว แต่การบิดเบือน AJT ที่มีนัยสำคัญทำให้ระยะทาง Cu–O สั้นลง และป้องกันไม่ให้ T_c การเพิ่มพูน
ในบริเวณที่มีสารเจือสูงของ LSCO/LCO bilayer ระยะห่างระหว่างอะตอมของ O–O ยังคงที่ (รูปที่ 4e) ในขณะที่เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดภายในเวลา 15 น. จากวันที่ 8 (4.55 ± 0.03 Å) ถึงแถวอะตอมที่ 9 (4.70 ± 0.05 Å) ตรวจพบ ด้วยการกระจาย Sr ที่เป็นเนื้อเดียวกันในเลเยอร์ที่เจือมากเกินไป เอฟเฟกต์ AJT สำหรับตัวอย่างที่เจือด้วย Sr นั้นมีขนาดเล็กเพียงเล็กน้อย เนื่องจากความแปรผันของระยะทาง O–O นั้นเกือบจะน้อยเท่ากับความแม่นยำในการวัดของเรา (~ 4:37 น.) [9] อย่างไรก็ตาม เราสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นอย่างมากของระยะทางปลายยอด O–O โดยเริ่มจาก XNUMX^th บล็อก. น่าสังเกตว่า "การขยายตัวผิดปกติ" ดังกล่าวได้รับการรายงานก่อนหน้านี้สำหรับระบบที่คล้ายกัน [8,30] ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์กับการเกิด HT-IS อันเป็นผลมาจากผลกระทบของส่วนต่อประสาน (เช่นการกระจายรูใกล้กับส่วนต่อประสาน) [ 6]. ดังนั้นการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของระยะ O–O ปลายยอดที่สังเกตได้จาก 9^th บล็อก (ความผิดเพี้ยน JT ระบุรูที่แปลใน d_{x2 – y2} orbitals) ถือได้ว่าเป็นลายนิ้วมือสำหรับการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดที่เกิดจากปรากฏการณ์อินเทอร์เฟซ
ในไบเลเยอร์ LCCO/LCO จะได้รับระยะทาง O–O ขนาดใหญ่สำหรับสอง uc แรก โดยที่ความเข้มข้นของ Ca น้อยกว่าระดับยาสลบเล็กน้อย (รูปที่ 4f) ค่าที่วัดได้สำหรับ2^nd บล็อก epitaxial คือ 4.68 ± 0.04 Å และได้รับค่าต่ำสุดประมาณ 4.56 Å สำหรับวันที่ 5 และ 6^th บล็อกที่แสดงการลดลงของระยะห่างระหว่างอะตอมของ O–O สำหรับตัวอย่างเหล่านี้ เราต้องเผชิญกับการบิดเบือนทั้ง AJT (ในเฟสโลหะ) และการบิดเบือนของ JT (เริ่มจากส่วนต่อประสาน) ในบริเวณที่มี Ca-depleted (เช่น ช่วงที่ 1 และช่วงที่ 2) การเพิ่มขึ้น (~ 10:3 น.) ของระยะทาง O–O ปลายสุดจะตามมาด้วยการลดลงโดยเริ่มจากบล็อก 6 ซึ่งมีความเข้มข้นของสารเจือปนสูงขึ้น สิ่งนี้แสดงถึงเอฟเฟกต์ AJT อีกครั้งที่คล้ายกับเลเยอร์ที่เจือมากเกินไปของตัวอย่างที่เจือด้วย Ba ในที่สุดก็สังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นทีละน้อยจากบล็อกที่ 6 และความแตกต่างระหว่าง XNUMX^th (4.56 ± 0.04 Å) และ 10^th (4.71 ± 0.03 Å) บล็อกถูกกำหนดเป็น 15 น. อย่างน่าทึ่ง บล็อก 9 และ 10 ไม่แสดงการมีอยู่ของ Ca-dopant ใดๆ ดังนั้นเราจึงสังเกตเห็นความผิดเพี้ยนของ JT ทั่วไป ซึ่งแตกต่างจากสิ่งที่สังเกตเห็นสำหรับเฟส M ที่ไม่สามารถระบุถึงการมีอยู่ของสารเจือปนได้ ในทางกลับกัน เมื่อพิจารณาจากลักษณะตัวนำยิ่งยวดของอินเทอร์เฟซ การบิดเบือน JT ดังกล่าวอาจเกี่ยวข้องกับการนำยิ่งยวดของอินเทอร์เฟซ 2D ในลักษณะเดียวกันตามที่กล่าวไว้ในกรณี Sr
การตรวจสอบการเปลี่ยนรูปแลตทิซและแปดด้านของเราแนะนำว่ามีการบิดเบือน JT เฉพาะในกรณีของซีเนียร์ M–I แบบ Sr- และ Ca-doped ในกรณีของไบเลเยอร์ที่เจือด้วย Ba การบิดเบือนของ AJT จะแสดงลักษณะทั้งสองด้านของอินเทอร์เฟซที่ระบุของ LBCO/LCO ความสัมพันธ์ดังกล่าวระหว่างความเข้มข้นของสารเจือปนและระยะห่าง O–O นอกระนาบชี้ไปที่กลไกตัวนำยิ่งยวดที่แตกต่างกันสองกลไก ซึ่งกระตุ้นโดยการกระจายสารเจือปนที่แตกต่างกันซึ่งนำไปสู่การบิดเบือน JT ที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการนำยิ่งยวดจำนวนมาก (เคส Ba-doped) เราเผชิญกับความผิดเพี้ยนของ AJT ทั่วไป (รูที่อยู่ในทั้ง d_{x2 – y2} และ d_z2 ออร์บิทัลที่มีการหมุนขนานกัน ส่งผลให้ระยะทาง O–O สั้นลง [40]) ในขณะที่สำหรับ bilayers Sr- และ Ca-doped เราจะสังเกตเห็นการบิดเบือน AJT และ JT ร่วมกัน (ซึ่งหลุมจะอยู่เฉพาะใน d_{x2 – y2} ออร์บิทัลและออกซิเจนส่วนปลายจะเคลื่อนออกจากตำแหน่ง La ส่งผลให้มีระยะห่างระหว่างอะตอม O–O (ปลาย) มากขึ้น สิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของเอฟเฟกต์อินเทอร์เฟซที่โดดเด่นด้วยการแจกจ่ายทางอิเล็กทรอนิกส์

มะเดื่อ. 3

ภาพ ABF แสดงอินเทอร์เฟซที่สอดคล้องกันและตำแหน่งคอลัมน์อะตอมทั้งหมดรวมถึงตำแหน่ง O สำหรับ (a) Ba-, (b) Sr- และ (c) Ca-doped bilayers ลูกศรสีเหลืองระบุตำแหน่งอินเทอร์เฟซที่ระบุ (d) ภาพประกอบของการวัดระยะ OO บนยอดและฐานของส่วนขยาย (และสี) ที่ได้รับจากแผง (a) ตัวเลขทำซ้ำโดยได้รับอนุญาตจากอธิบดี [36].

มะเดื่อ. 4

ความเข้มข้นของสารเจือปนต่อ CuO₂ บล็อกสำหรับ (a) Ba-, (b) Sr- และ (c) bilayers ที่เจือด้วย Ca เส้นประแนวนอนกำหนดขอบเขตที่สอดคล้องกับเฟสตัวนำยิ่งยวด (d–f) ระยะห่างระหว่างคอลัมน์อะตอมของ OO ตามทิศทางปลาย (สีแดง) และฐาน (สีเขียว) สำหรับ bilayers LBCO/LCO, LSCO/LCO และ LCCO/LCO ตามลำดับ ลูกศรสีเหลืองและเส้นแนวตั้งระบุตำแหน่งอินเทอร์เฟซที่ระบุ แถบค่าคลาดเคลื่อนแสดงถึงช่วงความเชื่อมั่น 95% (สอดคล้องกับข้อผิดพลาดมาตรฐานสองเท่า) ของค่าเฉลี่ย 14 uc ของ LCO ตามทิศทางฐาน ตัวเลขทำซ้ำโดยได้รับอนุญาตจากอธิบดี [36].

สารเจือปน – การแยกรูพรุน

การตรวจสอบโครงสร้างและทางเคมีที่ดำเนินการโดยใช้เทคนิค STEM ที่ครอบคลุมที่ส่วนต่อประสานนั้นรวบรวมไว้ในรูปที่ 5 ไมโครกราฟวงแหวนมุมมืด (HAADF) มุมสูง (รูปที่ 5a, e) แสดงให้เห็นถึง epitaxy ที่สมบูรณ์แบบ ในโปรไฟล์ความเข้มที่ได้จากภาพ HAADF (เฉลี่ยในแนวตั้งฉากกับทิศทางการเติบโต) ความเข้มที่ลดลงจะเชื่อมโยงกับชั้นที่มี Sr ซึ่งเกี่ยวข้องกับระนาบอะตอมมากกว่าหนึ่งระนาบ ซึ่งบ่งชี้ถึงการกระจาย Sr บางอย่างไปยัง La₂ออกไซด์₄ เมทริกซ์ การวิเคราะห์ทางสเปกโตรสโกปี (รูปที่ 5c, d) เผยให้เห็นลักษณะไม่สมมาตรที่เด่นชัดของโปรไฟล์ Sr: แทบจะกะทันหันที่ด้านข้างที่หันไปทางพื้นผิว (ด้านล่าง) ด้วยขอบเขต 0.9 ± 0.2 นาโนเมตรและแจกจ่ายซ้ำมากกว่า 2.3 ± 0.4 นาโนเมตรที่ด้านบน STEM-EELS (รูปที่ 5d) ให้หลักฐานที่ชัดเจนเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจาย Sr แบบอสมมาตร ซึ่งรับประกันความละเอียดของชั้นอะตอมเดี่ยว (ขนาดขั้นตอน ≈ 2 Å) [51] โดยหาค่าเฉลี่ย EELS Sr-L . ต่างๆ_2,3 โปรไฟล์ความเข้มจากแผ่นอะตอมที่ประกอบด้วย Sr หลายแผ่นสามารถกำหนดระดับ Sr ได้อย่างแม่นยำ (x ) ที่สามารถกำหนดให้กับแต่ละ 'บล็อกประกอบ' (คือ CuO . เดียว₂ ระนาบและสองชั้นโดยรอบ (La, Sr)O) ในบริเวณใกล้เคียงกับชั้นที่ Sr ถูกแทรกในตอนแรก (รูปที่ 5f) เห็นได้ชัดว่า เราได้ตระหนักถึงโปรไฟล์ที่ฉับพลัน แต่เฉพาะที่ด้านล่าง ในขณะที่อีกด้านหนึ่ง (ด้านบน) มีการกระจายตัวของไอออนบวกอะลิโอวาเลนต์อย่างเด่นชัด
ในLa .ที่เจือด้วย 2D เหล่านี้₂ออกไซด์₄ หลายชั้น โดยการเลือกระยะห่างระหว่างระนาบสารเจือปนอย่างเหมาะสม สมบัติทางไฟฟ้าที่เป็นผลลัพธ์ของโครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างดังกล่าวแสดง HTSC สูงถึง ~35 K [31] และเป็นผลมาจากการสะสมประจุในท้องถิ่นที่เกิดขึ้นทั้งสองด้านของระนาบเจือ กลไกที่แตกต่างกันของยาสลบ: (i) ยาสลบที่ต่างกันที่ด้านล่างและ (ii) ยาสลบที่เป็นเนื้อเดียวกัน "คลาสสิก" ที่ด้านบนสุดของส่วนต่อประสาน ในที่นี้ "การเติมสารที่ต่างกัน" หมายความว่ามีการสะสมของรูเพื่อชดเชยประจุลบที่เป็นลบในเชิงพื้นที่ซึ่งเกิดจากชั้น SrO กล่าวคือ บริเวณประจุในอวกาศเกิดขึ้นจากผลของยาสลบแบบ 2 มิติ ในกรณีนี้ การแจกแจงทางอิเล็กทรอนิกส์และสารเจือปนจะถูกแยกออกจากกัน "ยาสลบที่เป็นเนื้อเดียวกัน" หมายถึงการชดเชยในท้องถิ่นของข้อบกพร่องจุดซีเนียร์ (ศูนย์มิติ) โดยรูอิเล็กตรอน สถานการณ์นี้ซึ่งเกิดขึ้นจากการกระจาย Sr ที่ไม่สมมาตรสูงซึ่งเป็นผลมาจากจลนพลศาสตร์ของการเติบโต จึงเป็นลักษณะเด่นของการมีอยู่ของโหมดยาสลบสองโหมดที่แยกจากกัน [31] (iii) นอกจากนี้ ตามที่เน้นโดย Zn-tomography [6] ที่ด้านล่าง HT-IS ถูกจำกัดอยู่ใน CuO เดียว₂ ระนาบ คือระนาบที่สองซึ่งอยู่ไกลจากส่วนต่อประสาน ในขณะที่ชั้นแรกสุดไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด [31] การ "กินยาเกินขนาด" นี้น่าจะเป็นเพราะความเข้มข้นของตำแหน่งว่างของออกซิเจนสูง ซึ่งต้องเพิ่มขึ้นอย่างมากในสนามไฟฟ้าประจุในอวกาศที่สร้างขึ้นโดยชั้น SrO เนื่องจากมีประจุสองเท่า

มะเดื่อ. 5

(a) รูปภาพ HAADF–STEM ของLa .ที่เจือสองมิติ₂ออกไซด์₄ แสดงโครงสร้างจุลภาคของ superlattice (R=8, N= 7) ที่ปลูกบน LaSrAlO₄ (001) พื้นผิว การสลับของบริเวณสว่างและมืดสะท้อนถึงโครงสร้าง superlattice ซึ่งบริเวณที่เจือด้วย Sr (ความมืด) จะถูกคั่นด้วย La ที่ไม่มีการเจือปน₂ออกไซด์₄ (สว่าง). สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยขอบเขตสูงสุดของโปรไฟล์ความเข้มของภาพ ซึ่งรวมอยู่ในแนวตั้งฉากกับทิศทางการเติบโต (b, เส้นสีน้ำเงินเข้ม) สเกลบาร์ 2 นาโนเมตร (b) การสั่นของความเข้มของโปรไฟล์ความเข้มเนื่องจากความเปรียบต่างที่แตกต่างกันของแต่ละชั้นอะตอม (เส้นสีเขียว) ภาพขยายของพื้นที่ที่ไฮไลต์ด้วยสีแดงใน (a) จะแสดงใน (e) ซึ่งเส้นสีเหลืองประที่สอดคล้องกับเลเยอร์ที่มีเนื้อหา Sr สูงสุด แถบมาตราส่วน 1 นาโนเมตร (c) อัตราส่วน [Sr]/[La] แยกจากการสแกนเส้น EDX ทั่วทั้งภูมิภาคที่แสดงใน (a) ตรวจพบการกระจาย Sr แบบอสมมาตร ซึ่งขยายออกไปในทิศทางการเติบโต เส้น Sr-L และ La-L ใช้สำหรับการหาปริมาณความเข้มข้นของ Sr และปรับเทียบสัญญาณแบบบูรณาการของ Sr และ La โดยใช้บริเวณพื้นผิวที่อัตราส่วนความเข้มข้น [La]/[Sr] เท่ากับความสามัคคี แถบค่าคลาดเคลื่อนคือรากที่สองของความเข้ม โปรไฟล์ที่ไม่สมมาตรของ Sr ที่คล้ายกันเป็นผลมาจากการรวม Sr-L_2,3 โปรไฟล์สาย EELS ดังแสดงใน (d) ซึ่งได้รับมาจากเลเยอร์ที่มี Sr สี่ชั้น (เส้นสีน้ำเงินใน (a)) ที่นี่ แถบข้อผิดพลาด (รากที่สองของความเข้ม) มีขนาดเล็กกว่าสัญลักษณ์ จากการวิเคราะห์ EELS จำนวน Sr เฉลี่ยต่อหน่วยสูตร (FU, x ใน La2_-xSrxCuO₄) สำหรับแต่ละ (La,Sr)O-CuO₂-(La,Sr)O 'สร้างบล็อก' ในบริเวณใกล้เคียงกับเลเยอร์ที่มี Sr ตามที่แสดงไว้ใน (f) ได้มา (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานแสดงด้วยแถบค่าคลาดเคลื่อน) ตัวเลขทำซ้ำโดยได้รับอนุญาตจากอธิบดี [31].

การตรวจสอบความผิดเพี้ยนแปดด้าน

ตอนนี้ เราหันความสนใจไปที่การกระจายของรูผ่านอินเทอร์เฟซที่มีสารเจือปน คุณลักษณะขอบด้านหน้าของขอบ O−K มีความไวต่อความเข้มข้นของรูมาก [52,53] ซึ่งช่วยให้สามารถระบุความเข้มข้นของรูในระยะตัวนำยิ่งยวดได้ [54] ดังแสดงในรูปที่ 6a สเปกตรัมของขอบ OK ทั่วไปที่บันทึกไว้ในบริเวณที่มีสารเจือ Sr (สีแดง) และในภูมิภาค LCO (สีดำ) สามารถแยกแยะได้ง่าย: คุณลักษณะก่อนขอบที่ประมาณ 528 eV (สีเหลือง) ซึ่งก็คือ เกิดจากการเปลี่ยนจากระดับแกน O 1s เป็นสถานะรูที่มีความสมมาตรของ p ในแถบวาเลนซ์ [55] จะเห็นได้ชัดเจนในอดีต เส้นโค้งสีดำแสดงว่าไม่มีค่าพรีพีคของขอบ OK ที่ตรวจพบได้ ความเข้มของพีคพรีเอจได้รับการหาปริมาณโดยการปรับพีคแบบเกาส์เซียนแบบหลายจุดโดยใช้รูทีนแบบไม่เชิงเส้นน้อยที่สุด (NLLS) สำหรับสเปกตรัมทั้งหมดในโปรไฟล์การสแกนเส้นผ่านอินเทอร์เฟซต่างๆ (รูปที่ 6a) การหาปริมาณหลุมและความเข้มข้นของซีเนียร์ต่อหน่วยการสร้างของLa_2–x Sr_xO₄เราเฉลี่ยโปรไฟล์ความเข้มของ EELS สำหรับการสแกนตามเส้นในบริเวณที่มีสาร Sr-doped ต่างกัน ต่อจากนั้น แอมพลิจูดของโปรไฟล์รูถูกปรับขนาดเพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขความเป็นกลางของประจุ และเราได้รับความเข้มข้นของซีเนียร์และรูเป็นฟังก์ชันของระยะห่างจากตำแหน่งระนาบ SrO ที่ระบุที่แสดงในรูปที่ 6b (เส้นโค้งสีแดงและสีน้ำเงินสำหรับรูและ Sr, ตามลำดับ) ในโปรไฟล์ทั้งสองแบบ เราสามารถสังเกตความไม่สมมาตรที่เด่นชัดของความเข้มข้นของ Sr ได้อีกครั้ง ในขณะที่โปรไฟล์ของรูมีความสมมาตรรอบๆ ตำแหน่งเล็กน้อย (x = 0) ของเลเยอร์ SrO การค้นพบดังกล่าวบ่งชี้ว่าการกระจายของหลุมแตกต่างอย่างมากจากการกระจายของอะตอมสารเจือปน Sr สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าภูมิภาคที่มี CuO₂ เลขระนาบปรมาณู P = –4, –3 และ –2 ถูกเจือด้วยโหมด "ที่ไม่ธรรมดา" กล่าวคือ โดยการเติมสารที่ต่างกัน (2D) [31] ชั้นสารเจือปน Sr ที่ถูกจำกัดไว้สูงทำหน้าที่เป็นบริเวณที่มีประจุลบ ซึ่งได้รับการชดเชยด้วยไฟฟ้าผ่านการก่อตัวของชั้นการสะสมของรู (เอฟเฟกต์ประจุช่องว่าง) ที่ด้านล่างของส่วนต่อประสาน ที่ด้านบนสุดของอินเทอร์เฟซ การก่อตัวของพื้นที่ชาร์จพื้นที่ถูกขัดขวางโดยโปรไฟล์ Sr แบบกว้าง ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของรูจะเป็นไปตามค่า Sr²⁺ ความเข้มข้นของไอออนเช่นเดียวกับยาสลบที่เป็นเนื้อเดียวกัน (หนึ่งมิติ) แบบธรรมดา
ในการประเมินระยะทางอะตอมในพื้นที่ผ่านอินเทอร์เฟซ Sr-doped เราใช้ภาพ HAADF และ ABF ที่ได้รับพร้อมกันอีกครั้ง รูปที่ 7a แสดงภาพซ้อนทับที่ได้รับการแก้ไขทางอะตอมของภาพ HAADF (สีน้ำเงิน) และ ABF (สีแดง) ของพื้นที่ซึ่งครอบคลุมเซลล์หน่วยสี่เซลล์รอบ ๆ ระนาบเจือ ตำแหน่งของระนาบ Sr-doped ที่ระบุ (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีเหลืองในรูปที่ 7a) ได้มาจากโปรไฟล์ความเข้มของ HAADF ต่อจากนั้นก็วัดระยะห่างระหว่างอะตอมกับปลายยอด (นอกระนาบ) และฐาน (ในระนาบ) ระหว่างออกซิเจนกับออกซิเจน (O–O) โดยใช้ซอฟต์แวร์ตัวเลือก O–O [37] รูปที่ 7 แสดงการแปรผันของระยะห่าง La–La (b) และระยะห่าง O–O (c) สำหรับแต่ละบล็อก LCO perovskite โดยเป็นฟังก์ชันของระยะห่างจาก