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