Взаимосвязь между электронными корреляциями, магнитным состоянием и структурным ограничением в сверхтонких пленках LaNiO3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной работе представлено теоретическое исследование влияния электронных корреляций и структурного ограничения на электронные свойства и магнитное состояние тонких пленок LaNiO3 (LNO), эпитаксиально осажденных на подложку (001) LaAlO3 (LAO). В рамках применения метода DFT + U были вычислены электронная структура, магнитные свойства и фазовое равновесие тонких пленок (LNO) толщиной 1.5 элементарной ячейки с обрывом связей по слою NiO2. Полученные результаты показывают сложное разнообразие электронных состояний, вызванное эффектами структурного ограничения, переноса заряда и электронных корреляций. Расчеты свидетельствуют о появлении зарядового расслоения ионов Ni с вектором (110) в интерфейсном слое NiO2 антиферромагнитно упорядоченных тонких пленок LNO. Более того, электронные состояния как антиферромагнитные, так и ферромагнитные LNO/LAO демонстрируют большую орбитальную поляризацию ионов Ni в поверхностных слоях NiO2. Было высказано предположение, что решающую роль для объяснения фазового перехода металл-диэлектрик, экспериментально наблюдаемого в тонких пленках LNO/LAO, играет формирование кислородных дефектов.

Об авторах

Н. О. Вамбольд

Уральский федеральный университет

Email: nikitavamb@gmail.com
620002, Екатеринбург, Россия

Г. А. Сажаев

Уральский федеральный университет

Email: nikitavamb@gmail.com
620002, Екатеринбург, Россия

И. В. Леонов

Уральский федеральный университет;Институт физики металлов им. М. Н. Михеева Уральского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nikitavamb@gmail.com
620002, Екатеринбург, Россия;620108, Екатеринбург, Россия

Список литературы

  1. M. Imada, A. Fujimori, and Y. Tokura, Rev. Mod. Phys. 70, 1039 (1998).
  2. D. Khomskii, Transition Metal Compounds, Cambridge University Press, Cambridge (2014).
  3. G. Catalan, Phase Transit. 81, 729 (2008).
  4. J.B. Torrance, P. Lacorre, A. I. Nazzal, E. J. Ansaldo, and Ch. Niedermayer, Phys. Rev. B 45, 8209 (1992).
  5. J. L. Garc'ia-Mu˜noz, J. Rodr'iguez-Carvajal, P. Lacorre, and J. B. Torrance, Phys. Rev. B 46, 4414 (1992).
  6. A.V. Boris, Y. Matiks, E. Benckiser et al. (Collaboration), Science 332, 937 (2011).
  7. H.Y. Hwang, Y. Iwasa, M. Kawasaki, B. Keimer, N. Nagaosa, and Y. Tokura, Nat. Mater. 11, 103 (2012).
  8. S. Middey, J. Chakhalian, P. Mahadevan, J.W. Freeland, A. J. Millis, and D.D. Sarma, Annu. Rev. Mater. Res. 46, 305 (2016).
  9. P.D.C. King, H. I. Wei, Y.F. Nie, M. Uchida, C. Adamo, S. Zhu, X. He, I. Boˇzovi'c, D.G. Schlom, and K.M. Shen, Nat. Nanotechnol. 9, 443 (2014).
  10. H. Chen and A. Millis, J. Phys.: Condens. Matter 29, 243001 (2017).
  11. S. Catalano, M. Gibert, J. Fowlie, J. 'Iniguez, J.-M. Triscone, and J. Kreisel, Rep. Prog. Phys. 81, 046501 (2018).
  12. M. Golalikhani, Q. Lei, R.U. Chandrasena et al. (Collaboration), Nat. Commun. 9, 2206 (2018).
  13. R. Scherwitzl, S. Gariglio, M. Gabay, P. Zubko, M. Gibert, and J.M. Triscone, Phys. Rev. Lett. 106, 246403 (2011).
  14. E. J. Moon, B.A. Gray, M. Kareev et al. (Collaboration), New J. Phys. 13, 073037 (2011).
  15. M. Wu, E. Benckiser, M.W. Haverkort et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 88, 125124 (2013).
  16. J. Fowlie, M. Gibert, G. Tieri, A. Gloter, J. 'I niguez, A. Filippetti, S. Catalano, S. Gariglio, A. Schober, M. Guennou, J. Kreisel, O. St'e phan, and J. Triscone, Adv. Mater. 29, 1605197 (2017).
  17. M. Hepting, R. J. Green, Z. Zhong et al. (Collaboration), Nat. Phys. 14, 1097 (2018).
  18. I. Ardizzone, M. Zingl, J. Teyssier, H.U.R. Strand, O. Peil, J. Fowlie, A.B. Georgescu, S. Catalano, N. Bachar, A.B. Kuzmenko, M. Gibert, J.-M. Triscone, A. Georges, and D. van der Marel, Phys. Rev. B 102, 155148 (2020).
  19. Q. Guo, S. Farokhipoor, C. Mag'en, F. Rivadulla, and B. Noheda, Nat. Commun. 11, 2949 (2020).
  20. P. Hansmann, X. Yang, A. Toschi, G. Khaliullin, O.K. Andersen, and K. Held, Phys. Rev. Lett. 103, 016401 (2009).
  21. A. Blanca-Romero and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 84, 195450 (2011).
  22. D. Doennig, W.E. Pickett, and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 89, 121110(R) (2014).
  23. S. Middey, D. Meyers, D. Doennig, M. Kareev, X. Liu, Y. Cao, Zh. Yang, J. Shi, L. Gu, P. J. Ryan, R. Pentcheva, J.W. Freeland, and J. Chakhalian, Phys. Rev. Lett. 116, 056801 (2016).
  24. B. Geisler, A. Blanca-Romero, and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 95, 125301 (2017).
  25. B. Geisler and R. Pentcheva, Phys. Rev. Materials 2, 055403 (2018).
  26. B. Geisler and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 102, 020502(R) (2020).
  27. B. Geisler, S. Follmann, and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 106, 155139 (2022).
  28. B. Lau and A. J. Millis, Phys. Rev. Lett. 110, 126404 (2013).
  29. H. Lau, A. J. Millis, and C.A. Marianetti, Phys. Rev. B 93, 235109 (2016).
  30. X. Liao and H. Park, Phys. Rev. Mater. 7, 015002 (2023).
  31. O.E. Lau, M. Ferrero, and A. Georges, Phys. Rev. B 90, 045128 (2014).
  32. A.B. Georgescu, O.E. Peil, A. S. Disa, A. Georges, and A. J. Millis, Proc. Natl. Acad. Sci. 116, 14434 (2019).
  33. J. Ruppen, J. Teyssier, O.E. Peil, S. Catalano, M. Gibert, J. Mravlje, J.-M. Triscone, A. Georges, and D. van der Marel, Phys. Rev. B 92, 155145 (2015).
  34. V. Bisogni, S. Catalano, R. J. Green, M. Gibert, R. Scherwitzl, Y. Huang, V.N. Strocov, P. Zubko, S. Balandeh, J.-M. Triscone, G. Sawatzky, and T. Schmitt, Nat. Commun. 7, 13017 (2016).
  35. H. Guo, Z.W. Li, L. Zhao, Z. Hu, C. F. Chang, C.-Y. Kuo, W. Schmidt, A. Piovano, T.W. Pi, O. Sobolev, D. I. Khomskii, L.H. Tjeng, and A.C. Komarek, Nat. Commun. 9, 43 (2018).
  36. H. Park, A. J. Millis, and C.A. Marianetti, Phys. Rev. Lett. 109, 156402 (2012).
  37. A. Subedi, O.E. Peil, and A. Georges, Phys. Rev. B 91, 075128 (2015).
  38. P. Seth, O.E. Peil, L. Pourovskii, M. Betzinger, C. Friedrich, O. Parcollet, S. Biermann, F. Aryasetiawan, and A. Georges, Phys. Rev. B 96, 205139 (2017).
  39. A. Hampel and C. Ederer, Phys. Rev. B 96, 165130 (2017).
  40. O.E. Peil, A. Hampel, C. Ederer, and A. Georges, Phys. Rev. B 99, 245127 (2019).
  41. A. Hampel, P. Liu, C. Franchini, and C. Ederer, npj Quant. Mater. 4, 5 (2019).
  42. K. Haule and G. L. Pascut, Sci. Rep. 7, 10375 (2017).
  43. X. Liau, V. Singh, and H. Park, Phys. Rev. B 103, 085110 (2021).
  44. I. I. Mazin, D. I. Khomskii, R. Lengsdorf, J.A. Alonso, W.G. Marshall, R.M. Ibberson, A. Podlesnyak, M. J. Mart'i nez-Lope, and M.M. Abd-Elmeguid, Phys. Rev. Lett. 98, 176406 (2007).
  45. S. Johnston, A. Mukherjee, I. Elfimov, M. Berciu, and G.A. Sawatzky, Phys. Rev. Lett. 112, 106404 (2014).
  46. M. Azuma, S. Carlsson, J. Rodgers, M.G. Tucker, M. Tsujimoto, S. Ishiwata, S. Isoda, Y. Shimakawa, M. Takano, and J.P. Attfield, J. Am. Chem. Soc. 129, 14433 (2007).
  47. I. Leonov, A. S. Belozerov, and S. L. Skornyakov, Phys. Rev. B 100, 161112(R) (2019).
  48. D. Li, K. Lee, B.Y. Wang, M. Osada, S. Crossley, H.R. Lee, Y. Cui, Y. Hikita, and H.Y. Hwang, Nature (London) 572, 624 (2019).
  49. M. Rossi, M. Osada, J. Choi et al. (Collaboration), Nat. Phys. 18, 869 (2022).
  50. C.C. Tam, J. Choi, X. Ding, S. Agrestini, A. Nag, M. Wu, B. Huang, H. Luo, P. Gao, M. Garc'ıa-Fern'andez, L. Qiao, and K.-J. Zhou, Nat. Mater. 21, 1116 (2022).
  51. G. Krieger, L. Martinelli, S. Zeng, L. E. Chow, K. Kummer, R. Arpaia, M. Moretti Sala, N.B. Brookes, A. Ariando, N. Viart, M. Salluzzo, G. Ghiringhelli, and D. Preziosi, Phys. Rev. Lett. 129, 027002 (2022).
  52. I. Leonov, S. L. Skornyakov, and S.Y. Savrasov, Phys. Rev. B 101, 241108(R) (2020).
  53. F. Lechermann, Phys. Rev. X 10, 041002 (2020).
  54. J. Karp, A. S. Botana, M.R. Norman, H. Park, M. Zingl, and A. Millis, Phys. Rev. X 10, 021061 (2020).
  55. J. Karp, A. Hampel, Ma. Zingl, A. S. Botana, H. Park, M.R. Norman, and A. J. Millis, Phys. Rev. B 102, 245130 (2020).
  56. I. Leonov, J. Alloys Compd. 883, 160888 (2021).
  57. A. S. Botana, F. Bernardini, and A. Cano, JETP 159, 711 (2021).
  58. K.G. Slobodchikov and I.V. Leonov, Phys. Rev. B 106, 165110 (2022).
  59. A. Kreisel, B.M. Andersen, A.T. Rømer, I.M. Eremin, and F. Lechermann, Phys. Rev. Lett. 129, 077002 (2022).
  60. M.A. Vysotin, I.A. Tarasov, A. S. Fedorov, S.N. Varnakov, and S.G. Ovchinnikov, Pis'ma v ZhETF 116, 318 (2022).
  61. V. I. Anisimov, J. Zaanen, and O.K. Andersen, Phys. Rev. B 44, 943 (1991).
  62. S. L. Dudarev, G.A. Botton, S.Y. Savrasov, C. J. Humphreys, and A.P. Sutton, Phys. Rev. B 57, 1505 (1998).
  63. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  64. S. Baroni, S. de Gironcoli, A. Dal Corso, and P. Giannozzi, Rev. Mod. Phys. 73, 515 (2001).
  65. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini et al. (Collaboration), J. Phys.: Condens. Matter 21, 395502 (2009).
  66. L. Bengtsson, Phys. Rev. B 59, 12301 (1999).
  67. J. P. Attfield, Solid State Sciences 8 861 (2006).
  68. G.M. Dalpian, Q. Liu, J. Varignon, M. Bibes, and A. Zunger, Phys. Rev. B 98, 075135 (2018).
  69. N.B. Ivanova, S.G. Ovchinnikov, M.M. Korshunov, I.M. Eremin, and N.V. Kazak, Phys.-Uspekhi 52, 789 (2009).
  70. E. Greenberg, I. Leonov, S. Layek, Z. Konopkova, M. P. Pasternak, L. Dubrovinsky, R. Jeanloz, I.A. Abrikosov, and G.Kh. Rozenberg, Phys. Rev. X 8, 031059 (2018).
  71. S. Layek, E. Greenberg, S. Chariton, M. Bykov, E. Bykova, D.M. Trots, A.V. Kurnosov, I. Chuvashova, S.V. Ovsyannikov, I. Leonov, and G.Kh. Rozenberg, J. Am. Chem. Soc. 144, 10259 (2022).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».