(111)取向 (LaMnO$_3$)$_{2n}$|(SrMnO$_3$)$_n$ 超晶格中具有混合结构序的涌现半金属

利用第一性原理技术，我们研究了不同厚度（$n=2,4,6$）的(111)取向 (LaMnO$_3$)$_{2n}$$\vert$(SrMnO$_3$)$_{n}$ 超晶格的结构、磁性与电子性质。我们发现最薄超晶格（$n=2$）的性质类似于著名的半金属铁磁合金 La$_{2/3}$Sr$_{1/3}$MnO$_3$，具有被抑制的Jahn-Teller畸变。在中等厚度（$n=4$）时，$a^{-}a^{-}a^{-}$ 倾斜模式转变为 $a^{-}a^{-}c^{+}$ 倾斜模式，由LaMnO$_3$区域的晶格自由度驱动。Jahn-Teller模的出现及其发展所需的空间范围在这一结构转变中起关键作用。在所考虑的最大厚度（$n=6$）下，我们揭示了基态结构中Jahn-Teller序与体积呼吸序在具有 $a^{-}a^{-}c^{+}$ 倾斜模式下的涌现分离，而在反铁磁构型中该分离消失。所有超晶格的基态均为半金属铁磁态，不受下述系列结构转变的影响。总体而言，这些结果勾勒出体材料 La$_{2/3}$Sr$_{1/3}$MnO$_3$ 与体材料 LaMnO$_3$ 物理性质间由厚度诱导的交叉。