对称性失配与剪切应变弛豫和锰、镍氧化物外延体系中多重序的应变调控

关联电子氧化物材料中电荷、自旋、轨道和晶格的多自由度相互作用，导致其多重序的竞争、共存和对外场（包括应力场）的巨大敏感性，同时决定了其性能的可控性。双轴各向同性的晶格应变对于外延薄膜的结构和性能的广泛影响已被大量的实验结果所证实。但对于众多复杂氧化物外延体系来说，低对称性和对称性失配普遍存在。这种对称性失配所伴随的各项异性应变（弛豫）将诱致更为丰富有趣的物理现象——准同形相界和相分离、各种畴结构和金属离子占位的有序化、以及材料的自组织生长等，近年来收到人们的普遍关注。我们在前期工作的基础上，以锰、镍氧化物等结构相对简单（ABO3）但实验现象丰富的强电子—晶格耦合体系为主线，通过合适衬底的选择，高质量的可控外延生长，结合多种微结构表征和物性测量，研究对称性失配下各向异性（剪切）应变弛豫机制，重点探讨体系中多重序的形成、共存和物性的各向异性应变调控规律。.（1）我们在NdGaO3(110)衬底上制备出高质量的SmFeO3、 (LaCa)MnO3和CaRuO3单晶薄膜，在此基础上系统开展了正交异质外延体系SmFeO3/La0.67Ca0.33MnO3和CaRuO3/LCMO双层薄膜、多层薄膜、以及超晶格的研究工作，其中正交CaRuO3和超晶格方面的工作是本项目研究内涵的自然延伸。我们发现氧八面体的倾斜方向在各正交外延层中必须保持一致，具有“轴向对应”规则；氧八面体的倾斜角度构成一个新的外延“自由度”，它和晶格长度一样，在外延中同样有“共格—部分弛豫—完全弛豫”规律。（2）我们的主要精力集中在“La0.67Ca0.33MnO3/NdGaO3薄膜的剪切应变与基态调控”和“各向异性应变对镍氧化物外延薄膜金属绝缘转变的调控”，这些是项目的主体内涵，取得了丰富的研究结果。比如，通过磁力显微镜观测，发现La0.67Ca0.33MnO3薄膜中的反铁磁相表现为沿面内c轴方向排列的有序条纹，并逐渐被融化为铁磁相，至4T时薄膜表现为完全的铁磁相；在退场时，薄膜中出现AFI相的“重入”，同样出现了沿c方向排列的有序条纹，而且相对于升场，其宽度有明显增加，形成更为有序的结构。（3）在CaRuO3/LCMO超晶格中，观测到LCMO超薄层的磁性“死层”消失、MnO6八面体的倾斜自由度的弛豫行为，并与其矫顽力大小密切相关，是新发现。