En ny strategi til at skabe 2-D magnetisk orden

Korngrænser, som består af periodisk arrangement af strukturelle enheder og generelt anerkendes som en todimensionel "fase, " kan udvise nye egenskaber, der ikke eksisterer i den iboende bulkkrystal. Den ændrede kontinuitet af atombinding ved korngrænser får det lokale kemiske miljø til at ændre sig dramatisk ved nogle få enhedsceller, efterfølgende ændre lokal elektrisk aktivitet, magnetisk orden eller andre fysiske egenskaber. Virkningerne af korngrænse på egenskaber er endnu mere signifikante i komplekse oxider på grund af de væsentlige interaktioner mellem gitter og andre ordensparametre. Derfor, en sådan uhomogenitet af materialer med korngrænser kan dominere hele responsen i nanoskalaenheder og har fået særlig interesse for at designe nye funktionelle enheder.

Arten af ​​strukturelle defekter bestemmes af atomare arrangementer. At korrelere egenskaberne af en enkelt defekt-baseret enhed med dens specifikke atomare struktur er afgørende og en forudsætning for enhedens anvendelse. Imidlertid, eksperimentelt at afsløre en sådan struktur-egenskabsrelation er meget udfordrende på grund af atomstørrelsen og kemiske og strukturelle kompleksitet af defekter, især for perovskitoxiderne, der indeholder flere grundstoffer.

I en ny forskningsartikel offentliggjort i Beijing-baserede National Science Review , videnskabsmænd ved Peking universitet, Institut for Fysik, det kinesiske videnskabsakademi, og Tianjin University præsenterer en atommekanisme af spin-ventil magnetoresistens ved asymmetrien SrRuO ₃ korngrænse. Den asymmetriske atomstruktur er meget forskellig fra den almindelige antagelse baseret på prototype perovskite SrTiO ₃ . Transportmålingerne udviser spin-ventil magnetoresistens for den fremstillede centimeter-størrelse og sub-nm-bredde Σ5(310) SrRuO ₃ korngrænse. Avanceret scanningstransmissionselektronmikroskopi og -spektroskopi afslører dets atomarrangementer baseret på hvilke de første principberegninger afslører dets elektroniske egenskaber.

Forskere finder, at på grund af Ru-O oktaederforvrængning nær den asymmetriske korngrænse, Ru d orbital rekonstruerer og resulterer i reduktion af magnetiske momenter og ændring af spin polarisation langs korngrænsen, danner en magnetisk/ikke-magnetisk/magnetisk forbindelse. Beregningerne bygger bro over atomstrukturen med transportegenskaber.

"Vores resultater kan hjælpe os med at forstå de tidligere transportegenskaber, såsom den negative magnetoresistens og fraværet af tunneleringsmagnetoresistens ved SrRuO ₃ korngrænse, og også forudsige nye effekter af SrRuO ₃ korngrænse såsom grænseflademagnetoelektrisk kobling, når SrRuO ₃ bruges som en bundelektrode til vækst af ferroelektriske tynde film." Prof. Peng Gao sagde, "I et bredere perspektiv, kontrol af defektstruktur på atomær skala kan realisere ejendommelige fysiske egenskaber, giver os en ny strategi til at designe enheder med nye lavdimensionelle magnetiske egenskaber ved at bruge grænseteknik."