Vzaimosvyaz' mezhdu elektronnymi korrelyatsiyami, magnitnym sostoyaniem i strukturnym ogranicheniem v sverkhtonkikh plenkakh LaNiO3

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

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.

Авторлар туралы

N. Vambol'd

Email: nikitavamb@gmail.com

G. Sazhaev

I. Leonov

Әдебиет тізімі

  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).

© Российская академия наук, 2023

Осы сайт cookie-файлдарды пайдаланады

Біздің сайтты пайдалануды жалғастыра отырып, сіз сайттың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ететін cookie файлдарын өңдеуге келісім бересіз.< / br>< / br>cookie файлдары туралы< / a>