磁近邻效应和界面电荷转移诱导的层状铁磁结构

日期： 2024-03-12

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来源：科学院物理研究所

钙钛矿镍氧化物作为典型的关联电子体系，表现出如金属-绝缘体相变、拓扑结构相变等一系列丰富的物性。近期，由于112相和327相镍基超导体系的陆续发现，更是让镍氧化物成为了功能氧化物材料/器件研究领域的热点。通常，钙钛矿镍氧化物随着温度的降低将发生金属-绝缘体相变，同时伴随着磁性在的顺磁-反铁磁相变。而LaNiO3成为了钙钛矿镍氧化物中唯一在全温区保持泡利顺磁性的体系。因此，从实验或理论的角度设计和调控LaNiO3 的磁基态是一直备受关注的问题。前期的研究结果表明，基于镍氧化物/锰氧化物界面的磁邻近效应可以在LaNiO3中诱导出磁有序界面相，然而，关于其磁基态构型一直存在着较大的争论。例如，有文章报道在LaNiO3 与 LaNiO3 组合构成的异质结中，LaNiO3界面层处于 (1/4,1/4,1/4) 波矢的反铁磁态；而关于LaNiO3/La0.7Sr0.3MnO3 异质结，不同的文献分别报道了LaNiO3 层处于螺旋自旋态或者铁磁态的结果。这些相互矛盾的结论阻碍了人们对类似界面磁邻近效应体系物理规律的深入理解，也妨碍了与界面低维磁性相有关的实际应用可能性。

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室M03组博士生王梦琴在陈沅沙副研究员、胡凤霞研究员、孙继荣研究员的共同指导下，联合物理所张庆华副研究员，朱涛研究员等，利用空间分辨偏振中子反射仪、电子能量损失光谱、X 射线吸收光谱等谱仪手段，结合宏观霍尔电输运测量结果，成功揭示了LaNiO3/LaNiO3(111)界面由磁邻近和电荷转移效应所导致的层状磁性结构。他们发现该异质结体系将出现四种层状铁磁相，分别为绝缘LaNiO3体相、半导体LaNiO3界面相（约3个单胞层），绝缘LaNiO3界面相（约5个单胞层）和金属性LaNiO3体相。层状磁性结构出现的原因是界面Mn向Ni电荷转移导致的Mn4+-Ni2+超交换作用和Mn4+-Mn3+双交换作用。这种层状磁结构为深入解析具有强界面电荷转移的磁性异质结体系提供了一个模板，同时为设计更多的界面低维磁性体系并调控其物性提供了有效的手段。

该成果以” Layered Ferromagnetic Structure Caused by the Proximity Effect and Interlayer Charge Transfer for LaNiO3/LaNiO3 Superlattices”为题，发表在《Nano Letters》。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委项目、中国科学院战略性先导科技专项和中国科学院重点项目的支持。研究工作还得到了大科学装置中心包括中国散裂中子源和上海同步辐射光源BL08U1A线站等的大力支持。

文章链接

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03658

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