LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ 界面处近藤屏蔽与磁性的竞争

我们提出了 LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ 界面处磁性和磁输运现象的理论，其核心要素包括导带与源自界面电荷陷阱的局域磁矩之间的耦合。在模型中调节 itinerant 电子密度会驱动系统在具有屏蔽磁矩的重费米液体相和各种磁态之间发生转变。磁现象对电子密度或栅极电压的依赖性源于局域磁矩与不同导带之间竞争的磁相互作用。在低密度下，只有由 Ti 的 $d_{xy}$ 轨道组成的最低导带被占据。其与局域磁矩的反铁磁相互作用导致磁矩在近藤能标处被屏蔽，该能标随密度增加而增大。然而，高于实验测得的临界密度 $n_c\approx 1.7\times 10^{13} cm^{-2}$ 时，$d_{xz}$ 和 $d_{yz}$ 带开始被占据。它们与局域磁矩的铁磁相互作用与 $d_{xy}$ 带的反铁磁相互作用相竞争，导致近藤能标随密度最终降低。我们将实验中观察到的不同磁输运区域解释为从模型计算出的磁相图的表现。我们展示了新数据，揭示了系统中反常霍尔效应与电阻率之间的关系。数据强烈表明，影响系统输运的局域磁矩浓度远低于载流子密度，这与理论模型一致。