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基于SrTMO3(TM = Ti/Ru/Ir)的异质结磁构型的第一原理设计与调控

批准号:
11904156
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
27.0 万元
负责人:
张玉波
依托单位:
学科分类:
磁学及自旋电子学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
过渡金属氧化物因具有自旋、电荷、轨道、晶格等自由度而呈现出丰富的磁性质,4d/5d电子的自旋轨道耦合效应将磁矩方向与晶体结构紧密联系在一起,在异质结中则有望通过界面工程实现特定的磁构型。过渡金属氧化物异质结的磁构型决定于若干电子自由度的竞争,密度泛函理论通常因为不能可靠描述d电子关联性质、从而难以准确反映这些耦合作用。SCAN交换关联泛函是密度泛函理论的一个重要进展,申请人发现SCAN能够比较可靠地模拟高温超导铜氧化物等关联体系的若干性质,而且更适用于中度关联4d/5d氧化物体系。基于上述研究,本项目将设计钙钛矿结构SrTMO3(TM=Ti/Ru/Ir)异质结,利用界面工程调控异质结的磁构型,以期实现铁磁性、垂直磁化等具有应用前景或新奇物性的体系。本项目还将研究异质结磁构型的电子结构机理,模拟与研究磁构型对外加电场的响应行为与微观机制,为开发全电场控制的自旋电子器件准备前期基础理论。
英文摘要
Transition-metal oxides (TMO) harbor diversified magnetic properties because of the subtle interplay of spin, charge, orbital, and lattice degrees of freedom of TM-d electrons. In 4d/5d-TMOs, orientations of the magnetic moments strongly couple with the lattice because of the strong spin-orbit interaction of 4d/5d electrons. Heterostructures is an effective way to tune magnetic configurations via various interface engineering techniques. For theoretical investigation of TMO-heterostructures, density functional theory (DFT) is a powerful tool, but it also meets strong limitations because of the significant self-interaction error in the conventional local/semilocal exchange-correlation functionals, which restricts the predicting power of DFT. The recently developed SCAN metaGGA makes a substantial advancement in predicting the electronic properties of cuprates with strongly-correlated 3d states, and is also found to be very accurate for the moderately-correlated 4d/5d electrons. Based on my previous investigations, I propose to study the magnetic properties of heterostructures composed of SrTMO3 (TM = Ti/Ru/Ir) perovskites. I will first design and optimize several heterostructures with particular magnetism either for device applications or with novel properties. Second, I will study the electronic mechanisms in determining the specific magnetic configurations, and will also simulate their behaviors within an electric field to look into the possibility for future all-electric spintronic devices.
异质结界面工程是调控过渡金属氧化物性能的一种重要手段,其中的一个重要研究方向是调控4d/5d电子体系的新奇性质。过渡金属氧化物异质结的磁构型决定于若干电子自由度的竞争,密度泛函理论通常因为不能可靠描述d电子关联性质、从而难以准确反映这些耦合作用。在此背景之下,本项目在过去三年时间采用了最新的SCAN密度泛函理论方法,对SrTiO3/SrRuO3异质结及BaTiO3/SrRuO3开展了系统的理论研究。主要在两方面取得了重要结果:第一,通过本项目的理论研究与合作者的实验研究,证实了BaTiO3/SrRuO3异质结不但能够可以电极化翻转、而且具有金属导电性,从而实现了两种貌似矛盾性质的共存。第二,通过异质结设计,本项目设计出了基于SrTiO3/SrRuO3的垂直磁化体系,相关研究结果仍在发表过程之中。本项目为后续异质结设计提供了初步的电子结构方面的理论基础。本项目的资助或部分资助产生了7篇学术论文,并积极吸引物理学本科生参与科研,资助与培养了三名在读本科生。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Off‐Stoichiometry Quaternary Heusler‐Like Semiconductors with Magnetism and Disorder
Off——化学计量四元赫斯勒——具有磁性和无序的类似半导体
DOI: 10.1002/adfm.202209233
发表时间: 2022-10
期刊: Advanced Functional Materials
影响因子: 19
作者: [Yurong Ruan, Ke Zhong, Ying Zhang, Fang Zhang, Yubo Zhang, Wenqing Zhang]
通讯作者: Wenqing Zhang
Highly efficient emission and high-CRI warm white light-emitting diodes from ligand-modified CsPbBr3 quantum dots
由配体修饰的 CsPbBr3 量子点制成的高效发射和高 CRI 暖白光发光二极管
DOI: 10.29026/oea.2022.200075
发表时间: 2022-01-01
期刊: OPTO-ELECTRONIC ADVANCES
影响因子: 14.1
作者: [Yan, Dongdong, Zhao, Shuangyi, Zang, Zhigang]
通讯作者: Zang, Zhigang
Relativistic Effects in Complex Compounds Containing Heavy Elements: Ternary Cu-Tl-X (X = S/Se/Te)
含重元素的复杂化合物中的相对论效应:三元 Cu-Tl-X (X = S/Se/Te)
DOI: --
发表时间: 2023
期刊: Physical Chemistry Chemical Physics
影响因子: 3.3
作者: [Da Ke, Leiqiang Li, Yubo Zhang]
通讯作者: Yubo Zhang
DOI: 10.1063/5.0097638
发表时间: 2022-08-01
期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子: 4
作者: [Hou, Fuchen, Zhang, Yubo, Lin, Junhao]
通讯作者: Lin, Junhao
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