应变工程TiO2/Ti3O4异质双层中电子-声子相互作用的抑制及其对热电子寿命的突破性提升

本研究发现通过等离子诱导相变技术构建的TiO2/Ti3O4异质界面中存在二维电子液（2DEL），其电子-声子散射时间超过500 ps（较体相Ti3O4提升千倍），且电阻率遵循T2规律直至室温。该现象源于高电子密度引发的屏蔽效应与2%拉伸应变对能带结构的调控，为开发低能耗电子器件和高效太阳能转换技术提供了新范式。

　　

Highlight

通过等离子诱导相变（PIPT）构建的TiO₂/Ti₃O₄异质双层界面中，二维电子液（2DEL）展现出超过500 ps的电子-声子散射时间——比体相Ti₃O₄高出三个数量级！这一惊人效果源于高界面电子密度产生的屏蔽效应，使得电子-电子（e-e）散射成为主导机制，并表现为持续至室温的T²电阻规律。此外，TiO₂层中2%的拉伸应变可能通过调节能带结构和有效质量，进一步增强了e-e相互作用。

材料制备

TiO₂/Ti₃O₄异质双层采用PIPT技术制备：首先通过磁控溅射在LaAlO₃（LAO）衬底上沉积50 nm高纯度TiO₂薄膜，随后在氩气氛围中施加120 W射频等离子体功率诱导相变，形成Ti₃O₄层。

TiO₂/Ti₃O₄的结构表征

高角度环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）图像清晰展示了约25 nm的Ti₃O₄层与下方锐钛矿TiO₂层的锐利界面。高分辨率图像中可见垂直晶格条纹与局部晶格畸变，证实了应变工程对界面结构的有效调控。