交换失序与电荷掺杂SrRuO3中的拓扑磁性
材料科学
2026-04-14 v1
摘要
过渡金属体系的磁性源于依赖载流子密度敏感的交换相互作用。然而,利用这一敏感性来有针对性地工程化交换失序及其相关的拓扑自旋纹理,目前仍在很大程度上未被探索。本文结合第一性原理计算和原子尺度蒙特卡罗模拟,展示了铁电极化可实现对电荷掺杂SrRuO3中交换失序的控制。我们指出,电空穴掺杂会重整竞争的交换相互作用,将SrRuO3从其体态铁磁基底态推向失序相域,而电子掺杂则基本保持铁磁性。在BaTiO3/SrRuO3界面上,极化诱导的电荷耗尽调制了层级依赖的交换耦合,增强了J1、J2和J3之间的竞争。由此产生的交换失序稳定了随厚度和外加磁场变化的一系列磁相,包括条纹态和螺旋态、拓扑meron和bimeron纹理以及多样化的天球面纹理。最小化旋模型识别出交换失序是支配这些相变的主要控制参数,而磁各向异性、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和外部场则决定了新出现的拓扑结构。我们的结果确立了电荷掺杂作为实现铁性氧化物金属中失序和拓扑磁性工程化的途径。
引用
@article{arxiv.2604.10019,
title = {Exchange Frustration and Topological Magnetism in Electrostatically Doped SrRuO3},
author = {Naafis Ahnaf Shahed and Himanshu Mavani and Zhonglin He and Kai Huang and Mohamed Elekhtiar and Evgeny Y. Tsymbal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.10019},
year = {2026}
}