過渡金屬氧化物中由于晶格、自旋、軌道和電荷等多重自由度高度耦合,表現(xiàn)出極為豐富的物理特性,是多場物態(tài)調控的載體。在氧化物界面處,不連續(xù)的晶格結構導致各序參量之間的相互作用發(fā)生急劇變化,極易發(fā)生金屬離子間的電荷轉移、軌道重構和自旋重排等新奇現(xiàn)象,因此氧化物界面的原子級精準構筑、物性表征和動態(tài)調控成為功能薄膜物理領域的研究熱點之一。過去幾十年,科學家們只能通過選擇晶格結構和晶格常數(shù)相近的材料進行外延生長成為縱向異質結,也可以通過兩種成核能相差較大的材料自組裝成為橫向異質結。無論是哪種生長方式,外延薄膜的晶相都嚴格取決于襯底的晶相,同時薄膜承受的應力也由襯底與薄膜之間的晶格常數(shù)失配度決定。這種自然選擇的薄膜外延方式大大局限了研究人員在面內構筑不同晶相或不同應力狀態(tài)的同質結。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心的郭爾佳研究員和金奎娟研究員課題組,利用水溶性犧牲層法制備了僅為6原胞層(約3納米)厚度的(001)晶相的單晶SrTiO3自支撐超薄層,并將其轉移到不同晶相或者不同種類的單晶襯底上,然后通過脈沖激光沉積技術生長Sr摻雜的LaCoO3外延薄膜。他們利用合肥光源磁性圓二色(XMCD)實驗站的線二色技術,明確了樣品中鈷離子在面內不同區(qū)域呈現(xiàn)面內或者面外不同方向的自旋態(tài)。這項工作為未來電子器件的面內周期性人工編織微結構和物態(tài)調控奠定了研究基礎。相關研究成果以“Braiding lateral morphotropic grain boundary in homogeneitic oxides”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。
圖. La0.8Sr0.2CoO3異應力同質結的結構[(a)-(c)]和X射線線偏振譜學測量[(d)-(e)]
論文鏈接:https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.06566