合肥物質(zhì)科學(xué)技術(shù)中心翟曉芳副研究員在復(fù)雜氧化物界面性質(zhì)調(diào)控方面的工作取得新進(jìn)展，首次從實(shí)驗(yàn)上揭示了鈣鈦礦氧化物界面體系中氧八面體扭轉(zhuǎn)模式改變對(duì)調(diào)制界面磁性的重要作用。該工作成果以Correlating interfacial octahedral rotations with magnetism in (LaMnO3+δ)N/(SrTiO3)N superlattices 為題發(fā)表在7月9日的 《自然·通訊》上。
多體關(guān)聯(lián)作用在復(fù)雜氧化物界面的重構(gòu)為實(shí)現(xiàn)新的界面型量子態(tài)和發(fā)展功能物性材料提供了一個(gè)非常豐富的研究平臺(tái)。界面處的磁性和“過渡金屬-氧-過渡金屬”之間的雙交換和超交換作用以及它們之間的競爭關(guān)系密切相關(guān)，因而極有可能通過氧八面體扭轉(zhuǎn)模式的改變而受到調(diào)制。然而，由于磁性是電子之間的關(guān)聯(lián)相互作用，多種機(jī)制（包括電荷轉(zhuǎn)移、應(yīng)力等）都和磁性密切相關(guān)，同時(shí)受到樣品制備質(zhì)量和表征方法手段的欠缺，在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證界面氧八面體扭轉(zhuǎn)和磁性的關(guān)聯(lián)及調(diào)制關(guān)系都非常困難。
為了研究氧八面體扭轉(zhuǎn)模式重構(gòu)對(duì)界面磁性的調(diào)制作用，翟曉芳提出了(LaMnO3+δ)N/(SrTiO3)N原子級(jí)超晶格薄膜界面磁性和氧八面體扭轉(zhuǎn)關(guān)聯(lián)的研究課題。在微尺度國家實(shí)驗(yàn)室制備了高質(zhì)量的(LaMnO3+δ)N/(SrTiO3)N超晶格薄膜，進(jìn)行了低溫強(qiáng)磁場、同步輻射X-射線精細(xì)結(jié)構(gòu)等表征，并且發(fā)展了同步輻射X射線確定氧八面體旋轉(zhuǎn)的手段。最終，從實(shí)驗(yàn)上得到了周期N≤6的超晶格氧八面體扭轉(zhuǎn)和界面磁性關(guān)聯(lián)的直接證據(jù)。蒙特卡羅理論計(jì)算解釋了氧八面體扭轉(zhuǎn)對(duì)界面磁性的調(diào)制機(jī)制是通過超交換作用和雙交換作用的競爭關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)很好地模擬和再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。氧八面體扭轉(zhuǎn)在氧化物體材料中是普遍現(xiàn)象，但在異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面處的重構(gòu)和其對(duì)物性的調(diào)控研究還非常稀少。這項(xiàng)研究成果不僅揭示了界面氧八面體扭轉(zhuǎn)對(duì)復(fù)雜氧化物關(guān)聯(lián)電子磁性的調(diào)控機(jī)制，也為發(fā)展界面型磁性功能材料提供了新的研究思路。
該論文的第一作者為翟曉芳，第二作者為微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室博士研究生成龍，該工作主要是和微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室曾長淦教授合作完成，其他合作者包括美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室劉洋博士和東南大學(xué)董帥教授。
此項(xiàng)工作受到了科技部國家重大科學(xué)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、教育部和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。
