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Ab initio study of the two-dimensional metallic state at the surface of SrTiO_3: Importance of oxygen vacancies

机译：从头开始研究SrTiO_3表面的二维金属态：氧空位的重要性

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Motivated by recent angle-resolved photoemission spectroscopy observations of a highly metallic two-dimensional electron gas (2DEG) at the (001) vacuum-cleaved surface of SrTiO_3 and the subsequent discussion on the possible role of oxygen vacancies for the appearance of such a state [Santander-Syro et al, Nature (London) 469, 189 (2011)], we analyze by means of density functional theory the electronic structure of various oxygen-deficient SrTiO_3 surface slabs. We find a significant surface reconstruction after introducing oxygen vacancies and we show that the charges resulting from surface-localized oxygen vacancies-independent of the oxygen concentration-redistribute in the surface region and deplete rapidly within a few layers from the surface suggesting the formation of a 2DEG. We discuss the underlying model emerging from such observations.
机译：受最近的角度分辨光发射光谱学观察的启发，该观察结果是在SrTiO_3的（001）真空裂解表面上存在高金属二维电子气（2DEG），并随后讨论了氧空位在这种状态的出现中的可能作用[Santander-Syro等人，Nature（London）469，189（2011）]，我们通过密度泛函理论分析了各种缺氧的SrTiO_3表面平板的电子结构。引入氧空位后，我们发现了重要的表面重建，并且我们发现，由表面局部氧空位所产生的电荷（与氧浓度无关）在表面区域内重新分布，并从表面几层迅速耗尽，这表明形成了2DEG。我们讨论了从这些观察中涌现出的潜在模型。

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