钙钛矿稀土镍酸盐(RNiO3)薄膜及其异质结的磁电性质研究

Perovskite correlated oxide systems exhibit a great amount of interesting phenomena, which are the central importance to condensed matter physics. Recently, the perovskite rare-earth nickelates systems have observed the sharp metal to insulator transition, abnormal exchange coupling and superconductivity and so on. These unique physical properties gradually attracted the attentions of researchers. In this project, the single-phase LaNiO3, two-phase NdNiO3 and three-phase SmNiO3 materials will be chosen to grow as high quality of films and heterostructures by pulse laser deposition system. Through strain engineering, dimensional effect, and different orientation, the lattice structure, magnetic and electronic properties of these three kinds of nickelates films will be comprehensively studied. Through coupling with other perovskite materials, the intrinsic mechanism of novel physical properties will be analyzed through the correlated microscopic charge transfer, orbital reconstruction, spin rearrangement etc. By reversible control the protonic process of ionic liquid on nickelates films and heterostrucutures, the magnetic and electronic properties will be researched which can provide instructive suggestions and accumulate product experiences for design and application the nickelates related devices.

钙钛矿氧化物强关联体系具有层出不穷的新物理性质，是目前凝聚态领域的研究热点。近年来科研人员在钙钛矿稀土镍酸盐体系中发现了尖锐的金属-绝缘转变、反常的交换耦合作用、超导现象等奇特物性，使得这一材料体系受到广泛关注。本项目选取稀土镍酸盐中的单相LaNiO3，两相NdNiO3和三相SmNiO3材料，利用激光分子束外延系统制备高质量的薄膜以及异质结。通过应变工程、维度效应、不同取向对三种镍酸盐薄膜的晶格结构、磁学与电学性质进行调控；对其组成的异质结界面处微观的电荷转移、轨道重构、自旋重排等引起的新奇物理现象及其机制进行研究；进而通过离子液体调控的质子化对镍酸盐薄膜以及异质结中的磁电性质进行可逆调控。通过本项目的研究为镍酸盐相关器件的设计及应用，提供物理指导和进行前期技术储备。

过渡金属氧化物由于自旋、电荷、轨道和晶格等多重自由度之间的强关联耦合作用，展现出一系列新奇物理现象和优异的物理特性，是近年来功能材料领域研究的热点。其中，钙钛矿稀土镍酸盐具有尖锐的金属-绝缘转变、反常的交换耦合作用和超导现象等奇特物性，使得这一材料体系受到广泛关注。本项目围绕钙钛矿稀土镍酸盐中的单相LaNiO3和两相NdNiO3体系，通过界面极性不连续和离子液体门电压调控手段，研究了镍酸盐薄膜中的界面铁磁性和可逆磁电特性；通过界面工程在钙钛矿锰/钴氧化物薄膜中，开展了磁各向异性调控和交换耦合作用的研究；通过维度效应在钙钛矿锰/铜氧化物异质结中，开展了非线性界面耦合作用和磁各向异性的调控研究；通过离子液体门电压方法在钙钛矿钴/铁/锰氧化物异质结中，开展了可逆交换耦合作用和自发交换耦合作用的研究；此外，本项目还扩展性的针对二维范德华材料的磁电特性开展研究，观察到了层依赖的铁电特性和室温铁磁性。本项目的研究将为钙钛矿镍/锰氧化物的磁电特性研究提供重要的理论和实验依据，并为基于钙钛矿氧化物的自旋电子学领域新奇物理现象的发现和探索提供条件。