《應變對低維SrRuO3相關體系電磁性能的調控》是依託南京大學，由吳小山擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：應變對低維SrRuO3相關體系電磁性能的調控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳小山
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
明晰4d釕氧化物異質結中晶格、電荷、軌道、自旋多自由度之間的耦合作用以及在外界微擾下體系電子態的演變規律，對推導該類材料走向器件套用具有重要意義。本項目擬將電子關聯物理和材料設計兩個概念結合起來，通過改變襯底和緩衝層結構，設計具有特色的SrRuO3相關低維體系，如SrTiO3/SrRuO3 超晶格，實現從原子水平納米尺度調控釕氧化物材料的電、磁和光特性，探索新的界面量子現象及調控。利用先進微結構和性能表征手段，如同步輻射表面x射線散射、x射線吸收精細結構譜、磁圓二色譜、掃描隧道顯微術，高分辨電子顯微術，掃描隧道顯微術和X射線光電子能譜等細緻研究界面真正的原子和電子組態，應變隨深度分布信息等，結合第一性原理計算方法理解應變SrRuO3相關低維體系微結構和新穎電磁基態態之間的關係，提出完善的物理圖像，重點研究該體系記憶體在爭論的若干關鍵機理問題，提出若干具有原創性觀點。
結題摘要
藉助先進的上海同步輻射光源，對實驗室生長的具有原子分辨的高質量SrRuO3薄膜或超晶格開展了深入研究：（1）獲得單層SrRuO3良好磁性和電導特性，將國際上報導的4個單層以上才有磁性和電導特性的結論推進一大步，實現單層SrRuO3具有鐵磁性；（2）調節SrRuO3薄膜的應變發現RuO6八面體在壓應變（－2.5%）向張應變延伸直到5.0%時薄膜保持鐵磁性和電導特性，當張應變超過5.5%時薄膜當鐵磁性轉變為反鐵磁性，薄膜為絕緣性。實驗觀測到RuO6八面體隨應變有面內旋轉和沿c方向拉伸的轉變，結合理論研究獲得電子在Ru t2g軌道填充數隨應變有調整，在大的張應變下Ru t2g簡併電子從dxz和dyz占據軌道轉向dxy占據軌道，電子向ab平面遷移，從而解釋了反鐵磁和絕緣性的起源；（3）通過調節襯底取向設計並獲得SrRuO3中不同連結方式的氧八面體構型，有孤立RuO6氧八面體排列（“零”維，0D），有鏈狀結構（“一”維，1D），也有定點相互連結形成平面連結的（“二”維，2D），研究發現維度調控其磁性，2D具有最高磁矩，0D次之，1D最小。我們還研究了層數及不同周期以及應變對這種不同維度八面體磁性對影響。複雜的氧八面體連結，如包含共面和共頂點的AA’O9雙八面體結構的行為也進行了初步研究；（4）微量化學元素摻雜可以有效調節Sr2RuO4或(CaSr)3Ru2O7複雜結構相變與磁相變：Mn摻雜SrRuO4導致鐵磁漲落，對研究體系鐵磁漲落與超導凝聚的關聯提供依據；微量Fe,Ti,Mn摻雜單晶體Ca3Ru2O7導致基態反鐵磁磁矩排列方向劇烈變化，甚至出現量子磁漲落現象和相分離現象，出現ab面內電阻比c方向9個數量級對巨變，可望產生實際套用；（5）項目發展了超快X射線測量晶格應變弛豫方法，對SrRuO3薄膜的弛豫行為進行初步嘗試，觀測到超短脈衝激發下晶格應變弛豫與體系的能帶大小密切相關；項目還向光電材料延伸，包括鈣鈦礦氧化物與半導體的異質結構，納米CdS體系的合成與光電行為等，為後續研究奠定基礎。截止2016年底，在基金支持下已經發表SCI論文56篇，包括Nature集團出版的NPJ Quantum Materials 1篇; Scientific Reports 3篇; Physical Review Letters 1篇；其中IF＞3論文15篇，全面超額完成計畫任務書。
