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对称失配关联电子异质界面磁性新物态设计与高效调控

批准号:
11934016
项目类别:
重点项目
资助金额:
320.0 万元
负责人:
孙继荣
学科分类:
磁学及自旋电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙继荣

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
关联电子磁性氧化物具有常规材料所没有的一些重要特征,其量子演生现象的研究可能导致面向未来的新原理、新材料与新技术。以往研究多集中于相同结构氧化物的异质界面,界面重整效应受限。利用对称性不同,但结构框架和拓扑关系类似的氧化物构成对称失配异质外延界面,将强化界面重构效应,充分利用关联电子体系多自由度关联特征。基于以上考虑,本项目建议研究:对称失配关联电子异质界面磁性新物态设计与高效调控,拟利用对称失配下异质界面自旋关联、轨道再构、电荷重组,设计新型界面自旋电子态,探索:(1)具有常规体系中不存在的新自旋结构,例如具有特定取向的自旋态、自旋结构如拓扑/涡旋自旋结构及其它新型自旋物态;(2)自旋输运可控及电荷输运特性优异的新材料体系;(3)自旋电子态的高效调控新途径。通过本项目的研究,希望拓展量子材料及相关效应研究的新空间,获得对关联电子磁性相关问题的深刻认识,实现对自旋电子态的自主设计与调控。
英文摘要
Different from conventional materials, electron-correlated magnetic oxides have a few intriguing properties that lead to many exotic quantum emergent phenomena. The study of these phenomena is very promising for future device applications with new principles, new materials, and new technologies. However, most of previous works in this field focus only on heterostructures made from oxides with the same lattice structure, typically perovskite structure. While this choice is good for achieving interfaces with ideal crystalline structure, it weakens the effect of interface reconstruction of spin, charge and orbital, which is adverse for the occurrence of interface emergent phenomena. In order to enhance interface reconstruction, symmetry-mismatched interfaces are highly desirable. In this project, by constructing high-quality symmetry-mismatched heterostructures, we aim to explore new interface magnetic states, and the ways to efficiently tune these states. We will design new type interface spin states by utilizing the symmetry-mismatch-induced spin coupling, orbital reconstruction, and charge redistribution. Special attentions will be paid to the following three topics: (1)new spin structures that are absent in normal materials, such as spin states with a particular orientation, topological or vortex spin structures, or other new structures; (2) new material systems that show excellent electrical transport properties and controllable spin transport;(3) new ways to efficiently tune interface spin states. The goal of this project is to expand scope for the study of quantum materials and their relevant effects, obtain better understanding on a few fundamental questions of magnetism in electron-correlated systems, and finally achieve successful designing and tuning of interface spin states.
关联电子磁性氧化物具有常规材料所没有的一些重要特征,其量子演生现象的研究可能导致面向未来的新原理、新材料与新技术。以往研究多集中于相同结构氧化物的异质界面,界面重整效应受限。利用对称性不同,但结构框架和拓扑关系类似的氧化物构成对称失配异质外延界面,将强化界面重构效应,充分利用关联电子体系多自由度关联特征。本项目以几类对称性失配氧化物异质结构为研究对象,系统地研究了不同体系界面耦合的作用机制,发现了多种奇异的低维界面量子有序态并实现了对其高效地调控。项目实施顺利,取得了一系列具有创新性的研究成果,主要包括:1) 发现了一类新型超导界面(氧化物/KTaO3界面),其超导转变温度高于2 K。确定了超导相干长度、超导层厚度等关键参数。发现KTaO3体系超导温度与界面晶面取向间存在强烈的依赖关系,并给出了合理解释; 2) 发现了门电压对(111)-LaAlO3/KTaO3界面超导电性的强烈影响,成功实现了从超导态到绝缘态的连续调控。发现门电压导致载流子空间分布是影响超导电性的关键因素。此外,还发现了一种存在于低温下的可调控的量子金属态;3) 提出了利用界面对称性失配调控氧八面体畸变的新方法,成功地在顺磁CaRuO3中诱导出铁磁界面相,发现该低维体系磁各向异性方向高度可调。结合第一性原理计算,阐明了CaRuO3的反常磁行为的物理机制;4) 利用界面氧八面体旋转模式失配成功稳定了LaNiO3超薄层中a-a-c+的非平衡旋转模式,首次在2个单胞层的LaNiO3薄膜中同时实现了良好金属性和大面内轨道极化。5)证实了基于磁邻近效应在强自旋轨道耦合非磁材料中诱导铁磁界面相的可行性,成功获得了2种集强自旋轨道耦合、室温铁磁性、金属性于一体的人工结构界面新物态。项目相关研究成果发表SCI学术论文 44篇,其中包括Science发表2篇、Nature Commun. 3篇、Phys. Rev. Lett.3篇、Sci. Adv. 1篇、Adv. Funct. Mater. 2篇、ACS Nano 2篇、Nano Lett. 2篇等。申请发明专利2项。资助博士后1人,培养研究生17名(硕士1名和博士16名)。
界面工程调控钙钛矿钌氧化物4d电子自旋/轨道态
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    孙继荣
  • 依托单位:
过渡金属氧化物表/界面磁性及其调控
  • 批准号:
    11374348
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    孙继荣
  • 依托单位:
氧化物异质结暂态行为研究
  • 批准号:
    11074285
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    孙继荣
  • 依托单位:
短程磁序对材料磁热效应的影响
  • 批准号:
    10874222
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    46.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    孙继荣
  • 依托单位:
国内基金
海外基金