Teoreticheskoe issledovanie vliyaniya epitaksial'noy deformatsii na strukturnye i magnitnye svoystva tonkoy plenki YFeO3 na podlozhke SrTiO3

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

В рамках метода GGA + U были исследованы электронная структура и магнитные свойства тонкой пленки YFeO3 на подложке SrTiO3. Было показано, что в тонкой пленке YFeO3/SrTiO3 эпитаксиальная деформация приводит к существенным искажениям кристаллической структуры и смещению атомов железа на поверхности пленки из плоскости, образованной ближайшими кислородами. Данные искажения приводят к смене типа дальнего магнитного упорядочения от антиферромагнитного G-типа, наблюдаемого в стехиометрическом YFeO3, к ферримагнитному упорядочению, близкому к антиферромагнитному упорядочению A-типа, и переходу от диэлектрического состояния в металлическое. Полная релаксация позиций атомов привела к возникновению искажения типа “дыхательной моды” в толще пленки, которая сопровождается появлением электрической поляризации 15.1 мкКл/cм2, что находится в согласии с экспериментом. Искажение кислородных октаэдров вокруг атомов железа приводит к переходу из высокоспинового в промежуточноспиновое состояние и падению величин локальных моментов.

References

  1. H. Schmid, Ferroelectrics 162(1), 317 (1994).
  2. W. Eerenstein, N. D. Mathur, and J. F. Scott, Nature 442, 759 (2006).
  3. S.-W. Cheong and M. Mostovoy, Nat. Mater. 6, 13 (2007).
  4. D. Khomskii, Physics 2, 20 (2009).
  5. M. Gajek, M. Bibes, S. Fusil, K. Bouzehouane, J. Fontcuberta, A. Barth´el´emy, and A. Fert, Nat. Mater. 6, 292 (2007).
  6. V. V. Shvartsman, W. Kleemann, R. Haumont, and J. Kreisel, Appl. Phys. Lett. 90(17), 172115 (2007).
  7. N. A. Hill, J. Phys. Chem. B 104(29), 6694 (2000).
  8. J. Wang, Science, 299(5613), 1719 (2003).
  9. R. Ramesh and N. A. Spaldin, Nat. Mater. 6(1), 21 (2007).
  10. A. Fernandez, M. Acharya, H.-G. Lee, J. Schimpf, Y. Jiang, D. Lou, Z. Tian, and L. W. Martin, Adv. Mater. 34(30), 2108841 (2022).
  11. Z.-l. Yuan, Y. Sun, D. Wang, K.-Q. Chen, and L.-M. Tang, J. Phys. Condens. Matter 33(40), 403003 (2021).
  12. D. G. Schlom, J. H. Haeni, J. Lettieri, C. D. Theis, W. Tian, J. C. Jiang, and X.Q. Pan, Materials Science and Engineering: B 87(3), 282 (2001).
  13. N. Fujimura, T. Ishida, T. Yoshimura, and T. Ito, Appl. Phys. Lett. 69(7), 1011 (1996).
  14. J. Ma, J. Hu, Z. Li, and C.-W. Nan, Adv. Mater. 23(9), 1062 (2011).
  15. Z. X. Cheng, H. Shen, J. Y. Xu, P. Liu, S. J. Zhang, J. L. Wang, X. L. Wang, and S. X. Dou, J. Appl. Phys. 111(3), 034103 (2012).
  16. G. Padmasree, S. Shravan Kumar Reddy, J. Ramesh, P. Yadagiri Reddy, and Ch. Gopal Reddy, Mater. Res. Express 7, 116103 (2020).
  17. N.O. Khalifa, H. M. Widatallah, A. M. Gismelseed, F. N. Al-Mabsali, R. G. S. Sofin, and M. Pekala, Hyperfine Interactions 237, 46 (2016).
  18. G. Padmasree, P. Yadagiri Reddy, and Ch. Gopal Reddy, Ceramics International 48(19), 28980 (2022).
  19. В. Г. Барьяхтар, Б. А. Иванов, М. В. Четкин, УФН 146(3), 417 (1985).
  20. M. Shang, C. Wang, Y. Chen, F. Sun, and H. Yuan, Mater. Lett. 175, 23 (2016).
  21. J. Scola, P. Boullay, W. Noun, E. Popova, Y. Dumont, A. Fouchet, and N. Keller, J. Appl. Phys. 110, 043928 (2011).
  22. V. V. Ogloblichev, V. I. Izyurov, Yu. V. Piskunov, A. G. Smol′nikov, A. F. Sadykov, S. A. Chuprakov, S. S. Dubinin, S. V. Naumov, and A. P. Nosov, JETP Lett. 114(1), 29 (2021).
  23. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  24. V. I. Anisimov, J. Zaanen, and O. K. Andersen. Phys. Rev. B 44, 943 (1991).
  25. V. I. Anisimov, F. Aryasetiawan, and A. I. Lichtenstein, J. Phys. Condens. Matter 9(4), 767 (1997).
  26. M. Cococcioni, Phys. Rev. B 71(5), 35015 (2005).
  27. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini et al. (Collaboration), J. Phys. Condens. Matter 21, 395502 (2009).
  28. G. Prandini, A. Marrazzo, I. E. Castelli, N. Mounet, and N. Marzari, npj Computational Materials 4, 72 (2018).
  29. A. Shorikov, JETP Lett. 116(9), 634 (2022).
  30. N. O. Vambold, G. A. Sazhaev, and I. V. Leonov, JETP Lett. 118, 886 (2023).
  31. K. Kitayama, M. Sakaguchi, Y. Takahara, H. Endo, and H. Ueki, J. Solid State Chem. 177, 1933 (2004).
  32. M. Eibsch¨utz, S. Shtrikman, and D. Treves, Phys. Rev. 156, 562 (1967).
  33. D. Du Boulay, E. N. Maslen, V. A. Streltsov, and N. Ishizawa, Acta Crystallographica Section B Structural Science 51(6), 921 (1995).
  34. M. A. Butler, D. S. Ginley, and M. Eibschutz, J. Appl. Phys. 48(7), 3070 (1977).
  35. B. C. Tofield and B. E. F. Fender, J. Phys. Chem. Solids 31, 2741 (1970).
  36. D. Korotin, A. V. Kozhevnikov, S. L. Skornyakov, I. Leonov, N. Binggeli, V. I. Anisimov, and G. Trimarchi, Eur. Phys. J. B 65, 91 (2008).
  37. Dm. M. Korotin, V. V. Mazurenko, V. I. Anisimov, and S. V. Streltsov, Phys. Rev 91, 224405 (2015).
  38. R. D. King-Smith and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 47(3), 1651 (1993).
  39. D. Vanderbilt, J. Phys. Chem. Solids 61(2), 147 (2000).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).