SrRuO3双晶界处的自旋阀型磁电阻的原子级来源

admin   2020-03-11 12:20:14   3612

相关论文:Atomic Origin of Spin-Valve Magnetoresistance at the SrRuO3 Grain Boundary
课题组:米文博

  long8唯一官方网站理学院long8唯一米文博教授课题组与北京大学高鹏研究员课题组、中国科学院物理研究所白雪冬研究员课题组合作,揭示了不对称SrRuO3晶界自旋阀磁电阻的微观机制,并由此为构建低维磁序提供了一种不依靠二维材料的新思路,即利用现有磁性材料的平移对称性破缺,来构筑低维磁序。相关成果发表于《国家科学评论》(NationalScience Review,NSR)。

 

   晶界(grain boundary)是结构相同而取向不同的晶粒之间的界面。由于化学键连续性的破缺,晶界可以表现出完美晶体所没有的新的磁、电性质。在钙钛矿(ABO3)等含有多种元素的复杂氧化物中,晶界对器件性能的影响更加显著。尤其是对于纳米尺寸的器件,单个晶界的存在都可能会主导整个器件的性能。因此,利用晶界来设计新型功能器件引起了广泛关注。然而一直以来,要从实验上揭示“晶界处原子结构的改变是如何影响材料性质的(构效关系)”却并不容易。  

  研究者发现SrRuO3晶界的输运性质呈现自旋阀效应。利用球差矫正的扫描透射电子显微镜表征了该晶界的原子结构,基于此通过第一性原理计算揭示了晶界处的电子结构。结果发现,由于非对称晶界附近的Ru-O八面体畸变,Ru d轨道发生重构,晶界处的磁矩显著减小,导致晶界与周围晶粒形成了铁磁/非磁/铁磁的自旋阀器件,很好地解释了宏观输运结果。结合上述电子显微学分析、第一性原理计算、输运测量结果,研究者建立了SrRuO3晶界的构效关系。


(a) 输运测量的磁电阻曲线。(b)原子分辨积分差分相位衬度(iDPC)图像,表征晶界原子结构。

  DFT计算解释了微观结构如何影响输运性质。 该工作帮助我们理解了SrRuO3晶界的负磁阻和自旋阀磁电阻的微观起源,也提示当作为生长铁电薄膜的底电极时,SrRuO3晶界可能会诱发新的效应,比如改变界面磁电耦合行为。同时,这项工作为在原子尺度上控制缺陷结构来实现特殊的物理性质,从而利用晶界等缺陷构建新颖的低维器件具有指导意义。

文章信息:Atomicorigin of spin-valve magnetoresistance at the SrRuO3 grain boundary, 


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