«Наша работа показывает, как эпитаксиальное рассогласование в решетке может быть использовано в качестве узла для настройки энергетического ландшафта материалов Mott и тем самым управления переходами проводник / изолятор», — говорит Цзянь Лю, научный сотрудник отделения материаловедения лаборатории Беркли. , который является ведущим автором статьи, описывающей эту работу, в журнале Nature Communications. «Посредством эпитаксиальной деформации мы форсировали никелатные пленки, содержащие всего несколько атомных слоев, в разные фазы с резко разными электронными и магнитными свойствами. Хотя некоторые из этих фаз невозможно получить обычными способами, мы смогли получить их в готовой форме. для разработки устройства ".Статья в Nature Communications озаглавлена «Гетероинтерфейсные электронные и магнитные фазы тонких пленок NdNiO3». Автор-корреспондент — Джак Чахалиан, профессор физики Университета Арканзаса.
Соавторы: Мехди Каргарян, Михаил Кареев, Бен Грей, Фил Райан, Алехандро Круз, Надим Тахир, Йи-Де Чуанг, Цзинхуа Го, Джеймс Рондинелли, Джон Фриланд и Грегори Фите.Редкоземельные перовскитные оксиды на основе никеля, или «никелаты», считаются идеальной моделью для изучения материалов Мотта, поскольку они демонстрируют сильно коррелированные электронные системы, которые обеспечивают уникальные электронные и магнитные свойства. Лю и его соавторы изучали тонкие пленки оксида никеля неодима с помощью ALS-луча 8.0.1, ондуляторного луча с высоким потоком, который производит рентгеновские лучи, оптимизированные для исследования наноразмерных материалов и сильно коррелированной физики.
«Канал ALS 8.0.1 обеспечивает высокий поток фотонов и диапазон энергий, которые имеют решающее значение при работе с наноразмерными образцами», — говорит Лю. «Современная оконечная станция с резонансным рассеянием рентгеновских лучей оснащена высокоскоростной и высокочувствительной ПЗС-камерой, которая позволяет находить и отслеживать дифракционные пики на тонкой пленке толщиной всего шесть нанометров».Переход между проводящей и изолирующей фазами в никелатах определяется различными микроскопическими взаимодействиями, некоторые из которых благоприятствуют проводящей фазе, некоторые — изолирующей фазе.
Энергетический баланс этих взаимодействий определяет, насколько легко электричество проводят электроны, перемещающиеся между ионами никеля и кислорода. Применяя достаточную эпитаксиальную деформацию, чтобы изменить пространство между этими ионами, Лю и его коллеги смогли настроить этот энергетический баланс и контролировать переход между проводимостью и изоляцией. Вдобавок они обнаружили, что деформацию можно также использовать для управления магнитными свойствами никелата, опять же, используя рассогласование решеток.
«Магнетизм — еще одна отличительная черта материалов Mott, которая часто идет рука об руку с изоляционным состоянием и используется для различения изоляторов Mott», — говорит Лю. «Проблема заключается в том, что большинство изоляторов Mott, включая никелаты, являются антиферромагнетиками, которые макроскопически ведут себя как немагнитные материалы». В ALS Beamline 8.0.1 мы смогли напрямую отслеживать магнитную эволюцию наших тонких пленок, настраивая металл на -изолятор переходный.
Наши результаты дают нам лучшее понимание физики, лежащей в основе магнитных свойств этих никелатных пленок, и указывают на потенциальные применения этого магнетизма в новых устройствах Mottronics ».Это исследование в первую очередь было поддержано Научным отделом Министерства энергетики США.