通过纳米尺度结构能量学工程化正交钙钛矿薄膜中的对称性破缺界面
材料科学
2024-11-26 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
相及其界面的原子构型是材料设计和工程的基础。在这里，我们揭示了一种过渡金属氧化物界面，其形成由能量影响——外延拉伸应变与氧八面体连通性——驱动，这两者在确定正交钙钛矿薄膜的取向时相互竞争。我们在 LaVO 生长在 (101) DyScO 上的系统中研究这一现象，使用原子分辨率扫描透射电子显微镜测量正交对称性的内在标记。我们确定薄膜通过在其体积内的原子级平坦平面上将其取向切换 90 度来解决这种能量冲突，而不是在薄膜/衬底界面处。在这个“切换平面”的两侧，特征性的正交畸变趋于零，以耦合不匹配的氧八面体旋转。由此产生的边界能量很高，这使得它先验地不太可能；通过使用第二原理原子建模，我们展示了它的形成需要整个薄膜的结构弛豫，该薄膜生长超过几十个晶胞的临界厚度。切换平面打破了 Pnma 正交结构的反演对称性，并尖锐地连接了两个区域：一个薄的中间层和薄膜体，它们处于不同的机械应变状态。因此，通过接触一种化合物的两个不同相（否则它们永远不会共存），这种替代类型的界面为功能系统的纳米级工程开辟了新途径，例如化学均匀但磁不均匀的异质结构。
引用
@article{arxiv.2401.08798,
title = {Engineering Symmetry Breaking Interfaces by Nanoscale Structural-Energetics in Orthorhombic Perovskite Thin Films},
author = {Duncan T. L. Alexander and Hugo Meley and Michael Marcus Schmitt and Bernat Mundet and Philippe Ghosez and Jean-Marc Triscone and Stefano Gariglio},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.08798},
year = {2024}
}