超越外延：离子注入作为轨道工程的新工具
材料科学
2025-03-14 v1
摘要
调控量子材料中的电子轨道态是控制其物理性质和技术功能的有力手段。本文证明，强关联氧化物薄膜中的轨道占据可通过合成后的He离子注入进行连续且可逆的调控。以LaNiO为模型体系，我们表明通过精确控制离子注量，轨道偏好可从有利于面内d占据系统性地调整到有利于面外d态。X射线线性二色性测量揭示了这种轨道重构，而密度泛函理论计算表明该效应源于离子注入引起的晶胞四角性变化。与传统的外延方法在生长过程中锁定轨道构型不同，这种应变掺杂技术能够在器件制造后实现轨道的连续调控和特定薄膜区域的选择性修饰。我们通过实现氧还原反应催化性能的七倍增强来展示这种控制的实际影响，且该增强可通过注入过程可逆地调控。本工作确立了离子注入作为轨道工程的有力手段，补充了现有的基于合成的方法，同时为基础研究和器件开发提供了独特优势。
引用
@article{arxiv.2503.09834,
title = {Beyond Epitaxy: Ion Implantation as a New Tool for Orbital Engineering},
author = {Andreas Herklotz and Jonathan R. Petrie and Thomas Z. Ward},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.09834},
year = {2025}
}