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复杂氧化物界面调控工作取得重要进展
发布时间:2014-07-16 09:13:54

合肥物质科学技术中心翟晓芳副研究员在复杂氧化物界面性质调控方面的工作取得重要进展,首次从实验上揭示了钙钛矿氧化物界面体系中氧八面体扭转模式改变对调制界面磁性的重要作用。该工作成果以“Correlating interfacial octahedral rotations with magnetism in (LaMnO3+δ)N/(SrTiO3)N superlattices”为题发表在2014年7月9日的 《自然·通讯》。

  多体关联作用在复杂氧化物界面的重构为实现新的界面型量子态和发展功能物性材料提供了一个非常丰富的研究平台。界面处的磁性和“过渡金属-氧-过渡金属”之间的双交换和超交换作用以及它们之间的竞争关系密切相关,因而极有可能通过氧八面体扭转模式的改变而受到调制。然而,由于磁性是电子之间的关联相互作用,多种机制(包括电荷转移、应力等)都和磁性密切相关,同时受到样品制备质量和表征方法手段的欠缺,在实验上发现和验证界面氧八面体扭转和磁性的关联及调制关系都非常困难。

  为了研究氧八面体扭转模式重构对界面磁性的调制作用,翟晓芳副研究员提出了(LaMnO3+δ)N/(SrTiO3)N原子级超晶格薄膜界面磁性和氧八面体扭转关联的研究课题。在微尺度国家实验室制备了高质量的(LaMnO3+δ)N/(SrTiO3)N超晶格薄膜,进行了低温强磁场、同步辐射X-射线精细结构等表征,并且发展了同步辐射X射线确定氧八面体旋转的手段。最终,从实验上得到了周期N≤6的超晶格氧八面体扭转和界面磁性关联的直接证据。蒙特卡罗理论计算解释了氧八面体扭转对界面磁性的调制机制是通过超交换作用和双交换作用的竞争关系来实现的,同时很好地模拟和再现了实验结果。氧八面体扭转在氧化物体材料中是普遍现象,但在异质结构界面处的重构和其对物性的调控研究还非常稀少。这项研究成果不仅揭示了界面氧八面体扭转对复杂氧化物关联电子磁性的调控机制,也为发展界面型磁性功能材料提供了新的研究思路。

  该论文的第一作者为翟晓芳副研究员,第二作者为微尺度物质科学国家实验室博士研究生成龙,该工作主要是和微尺度物质科学国家实验室曾长淦教授合作完成,其他合作者包括美国阿贡国家实验室刘洋博士和东南大学董帅教授。

  此项工作受到了科技部国家重大科学研究计划、国家自然科学基金委、中国科学院和教育部“2011计划”的资助。

  论文链接:www.nature.com/ncomms/2014/140709/ncomms5283/full/ncomms5283.html