JPhysD编辑优选：界面工程调控SrFeO2.5/La2/3Ba1/3MnO3/SrFeO2.5三层膜的磁各向异型
- 成功制备了高质量的钙钛矿/钙铁石结构SrFeO2.5/La2/3Ba1/3MnO3/SrFeO2.5三层膜，发现压应变下三层膜出现反常面内磁各向异性，各向异性高达~1.54×10^6 erg/cm³，比相同应变的La2/3Ba1/3MnO3单层膜高一个数量级。
- 界面耦合引起界面Mn离子偏离氧八面体中心位置，从而导致Mn-3d电子轨道重建和三层膜的反常磁行为。
文章介绍
Tuning magnetic anisotropy by interfacial engineering in SrFeO2.5/La2/3Ba1/3MnO3/SrFeO2.5 trilayers
Hailin Huang(黄海林), Liang Zhu(朱亮), Hui Zhang(张慧), Jine Zhang(张金娥), Furong Han(韩福荣), Jinghua Song(宋京华), Xiaobing Chen(陈晓冰), Shaojin Qi(齐少锦), Yuansha Chen(陈沅沙), Jianwang Cai(蔡建旺), Xuedong Bai(白雪冬), Fengxia Hu(胡凤霞), Baogen Shen(沈保根), and Jirong Sun(孙继荣)*
通讯作者：
- 孙继荣，中国科学院物理研究所
图1. SFO/LBMO/SFO三层膜的表面形貌和晶体结构表征。
图2. SFO/LBMO(6.5nm)/SFO三层膜与LBMO(6.5nm)单层膜的磁各向异性。
图3. SFO/LBMO/SFO三层膜磁输运行为、各项异性与LBMO层厚度的依赖关系。
图4. SFO/LBMO(6.5nm)/SFO三层膜晶体结构表征和界面微观结构分析。
图5. SFO(4uc)/LBMO(4uc) 超晶格 (a) 和LBMO (6.5nm) 薄膜 (b) 的X射线吸收谱和对应的X射线线二色谱。
通过优化薄膜制备工艺，我们利用脉冲激光沉积技术在(LaAlO3)0.3(Sr2TaAlO6)0.7 (LSAT) 单晶衬底上成功制备了钙钛矿/钙铁石结构的SrFeO2.5/La2/3Ba1/3MnO3/SrFeO2.5 (SFO/LBMO/SFO)三层膜，并系统地研究了三层膜的反常磁性各向异性。通常压应变状态下LBMO单层膜在低温表现出典型的垂直磁各向异性，而将其插入两层SFO薄膜之间后，相同压应变状态的LBMO层表现为面内磁易轴行为。三层膜的最大各向异性常数为~1.54×10^6 erg/cm³，比受到相同压应变的LBMO单层膜的各向异性常数 (~0.176×10^6 erg/cm³) 高出一个数量级。高分辨透射电子显微镜和X射线线二色谱的测量结果表明，界面耦合引起界面Mn离子偏离氧八面体中心位置，导致了Mn离子的eg电子轨道发生重构，从而使压应变状态下的SFO/LBMO/SFO三层膜出现了反常的面内磁各向异性行为。这项工作表明，通过适当的界面工程设计，探索异质界面产生新物理效应和调控其物理性质的巨大潜力。
研究背景
过渡金属氧化物因为有多重自由度的强关联作用，使其具有很多优异的物理性质，将不同的过渡金属氧化物结合起来形成异质结构，可以充分利用层间耦合和界面重构来产生新的界面态和界面性质，为新型电子器件设计带来可能。相比于钙钛矿/钙钛矿型异质结，钙钛矿与钙铁石氧化物组成的异质结将会更有意义，因为该异质结界面较大的对称性破缺会出现更为显著的界面结构重整、电子轨道重构效应，产生意想不到的物理现象；而且钙铁石相氧化物呈现反铁磁态，有助于氧化物界面自旋结构的人工设计。但是，由于钙钛矿与钙铁石氧化物具有完全不同的对称性，该异质结构设计与制备的困难，因此相关的工作目前仍较少报道，其界面效应仍亟待研究。
作者介绍
孙继荣，中国科学院物理研究所二级研究员、博导，国家杰出青年基金获得者，国家自然科学基金创新研究群体、国际创新研究团队骨干。获北京市科学技术一等奖、国家自然科学二等奖、陈嘉庚技术科学奖、中国科学院优秀导师奖等。承担国家级重大、重点项目13余项，国家基金委重点项目负责人。发表著名学术刊物文章300余篇，引用8000余次，单篇最高引用800余次，为多家知名刊物审稿人。