Vzaimosvyaz' mezhdu elektronnymi korrelyatsiyami, magnitnym sostoyaniem i strukturnym ogranicheniem v sverkhtonkikh plenkakh LaNiO3
- Авторлар: Vambol'd N.1, Sazhaev G.1, Leonov I.1
-
Мекемелер:
- Шығарылым: Том 118, № 11-12 (12) (2023)
- Беттер: 882-888
- Бөлім: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0370-274X/article/view/247004
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1234567823240035
- EDN: https://elibrary.ru/NNPTWY
- ID: 247004
Дәйексөз келтіру
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.
Әдебиет тізімі
- M. Imada, A. Fujimori, and Y. Tokura, Rev. Mod. Phys. 70, 1039 (1998).
- D. Khomskii, Transition Metal Compounds, Cambridge University Press, Cambridge (2014).
- G. Catalan, Phase Transit. 81, 729 (2008).
- J.B. Torrance, P. Lacorre, A. I. Nazzal, E. J. Ansaldo, and Ch. Niedermayer, Phys. Rev. B 45, 8209 (1992).
- J. L. Garc'ia-Mu˜noz, J. Rodr'iguez-Carvajal, P. Lacorre, and J. B. Torrance, Phys. Rev. B 46, 4414 (1992).
- A.V. Boris, Y. Matiks, E. Benckiser et al. (Collaboration), Science 332, 937 (2011).
- H.Y. Hwang, Y. Iwasa, M. Kawasaki, B. Keimer, N. Nagaosa, and Y. Tokura, Nat. Mater. 11, 103 (2012).
- S. Middey, J. Chakhalian, P. Mahadevan, J.W. Freeland, A. J. Millis, and D.D. Sarma, Annu. Rev. Mater. Res. 46, 305 (2016).
- 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).
- H. Chen and A. Millis, J. Phys.: Condens. Matter 29, 243001 (2017).
- S. Catalano, M. Gibert, J. Fowlie, J. 'Iniguez, J.-M. Triscone, and J. Kreisel, Rep. Prog. Phys. 81, 046501 (2018).
- M. Golalikhani, Q. Lei, R.U. Chandrasena et al. (Collaboration), Nat. Commun. 9, 2206 (2018).
- R. Scherwitzl, S. Gariglio, M. Gabay, P. Zubko, M. Gibert, and J.M. Triscone, Phys. Rev. Lett. 106, 246403 (2011).
- E. J. Moon, B.A. Gray, M. Kareev et al. (Collaboration), New J. Phys. 13, 073037 (2011).
- M. Wu, E. Benckiser, M.W. Haverkort et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 88, 125124 (2013).
- 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).
- M. Hepting, R. J. Green, Z. Zhong et al. (Collaboration), Nat. Phys. 14, 1097 (2018).
- 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).
- Q. Guo, S. Farokhipoor, C. Mag'en, F. Rivadulla, and B. Noheda, Nat. Commun. 11, 2949 (2020).
- P. Hansmann, X. Yang, A. Toschi, G. Khaliullin, O.K. Andersen, and K. Held, Phys. Rev. Lett. 103, 016401 (2009).
- A. Blanca-Romero and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 84, 195450 (2011).
- D. Doennig, W.E. Pickett, and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 89, 121110(R) (2014).
- 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).
- B. Geisler, A. Blanca-Romero, and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 95, 125301 (2017).
- B. Geisler and R. Pentcheva, Phys. Rev. Materials 2, 055403 (2018).
- B. Geisler and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 102, 020502(R) (2020).
- B. Geisler, S. Follmann, and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 106, 155139 (2022).
- B. Lau and A. J. Millis, Phys. Rev. Lett. 110, 126404 (2013).
- H. Lau, A. J. Millis, and C.A. Marianetti, Phys. Rev. B 93, 235109 (2016).
- X. Liao and H. Park, Phys. Rev. Mater. 7, 015002 (2023).
- O.E. Lau, M. Ferrero, and A. Georges, Phys. Rev. B 90, 045128 (2014).
- A.B. Georgescu, O.E. Peil, A. S. Disa, A. Georges, and A. J. Millis, Proc. Natl. Acad. Sci. 116, 14434 (2019).
- 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).
- 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).
- 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).
- H. Park, A. J. Millis, and C.A. Marianetti, Phys. Rev. Lett. 109, 156402 (2012).
- A. Subedi, O.E. Peil, and A. Georges, Phys. Rev. B 91, 075128 (2015).
- 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).
- A. Hampel and C. Ederer, Phys. Rev. B 96, 165130 (2017).
- O.E. Peil, A. Hampel, C. Ederer, and A. Georges, Phys. Rev. B 99, 245127 (2019).
- A. Hampel, P. Liu, C. Franchini, and C. Ederer, npj Quant. Mater. 4, 5 (2019).
- K. Haule and G. L. Pascut, Sci. Rep. 7, 10375 (2017).
- X. Liau, V. Singh, and H. Park, Phys. Rev. B 103, 085110 (2021).
- 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).
- S. Johnston, A. Mukherjee, I. Elfimov, M. Berciu, and G.A. Sawatzky, Phys. Rev. Lett. 112, 106404 (2014).
- 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).
- I. Leonov, A. S. Belozerov, and S. L. Skornyakov, Phys. Rev. B 100, 161112(R) (2019).
- 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).
- M. Rossi, M. Osada, J. Choi et al. (Collaboration), Nat. Phys. 18, 869 (2022).
- 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).
- 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).
- I. Leonov, S. L. Skornyakov, and S.Y. Savrasov, Phys. Rev. B 101, 241108(R) (2020).
- F. Lechermann, Phys. Rev. X 10, 041002 (2020).
- J. Karp, A. S. Botana, M.R. Norman, H. Park, M. Zingl, and A. Millis, Phys. Rev. X 10, 021061 (2020).
- J. Karp, A. Hampel, Ma. Zingl, A. S. Botana, H. Park, M.R. Norman, and A. J. Millis, Phys. Rev. B 102, 245130 (2020).
- I. Leonov, J. Alloys Compd. 883, 160888 (2021).
- A. S. Botana, F. Bernardini, and A. Cano, JETP 159, 711 (2021).
- K.G. Slobodchikov and I.V. Leonov, Phys. Rev. B 106, 165110 (2022).
- A. Kreisel, B.M. Andersen, A.T. Rømer, I.M. Eremin, and F. Lechermann, Phys. Rev. Lett. 129, 077002 (2022).
- M.A. Vysotin, I.A. Tarasov, A. S. Fedorov, S.N. Varnakov, and S.G. Ovchinnikov, Pis'ma v ZhETF 116, 318 (2022).
- V. I. Anisimov, J. Zaanen, and O.K. Andersen, Phys. Rev. B 44, 943 (1991).
- S. L. Dudarev, G.A. Botton, S.Y. Savrasov, C. J. Humphreys, and A.P. Sutton, Phys. Rev. B 57, 1505 (1998).
- J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
- S. Baroni, S. de Gironcoli, A. Dal Corso, and P. Giannozzi, Rev. Mod. Phys. 73, 515 (2001).
- P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini et al. (Collaboration), J. Phys.: Condens. Matter 21, 395502 (2009).
- L. Bengtsson, Phys. Rev. B 59, 12301 (1999).
- J. P. Attfield, Solid State Sciences 8 861 (2006).
- G.M. Dalpian, Q. Liu, J. Varignon, M. Bibes, and A. Zunger, Phys. Rev. B 98, 075135 (2018).
- N.B. Ivanova, S.G. Ovchinnikov, M.M. Korshunov, I.M. Eremin, and N.V. Kazak, Phys.-Uspekhi 52, 789 (2009).
- 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).
- 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).