外延 Ca$_{0.5}$Sr$_{0.5}$IrO$_{3}$/SrTiO$_{3}$ 薄膜中的隐藏结构相变

ABO$_{3}$ 钙钛矿薄膜中涉及 BO$_{6}$ 八面体旋转模式改变的结构相变，可能被衬底施加的全局晶格对称性所掩盖而常常易被忽视。我们开展了高分辨率 X 射线衍射实验，详细研究了生长在 SrTiO$_{3}$（STO）和 GdScO$_{3}$（GSO）衬底上的外延 Ca$_{0.5}$Sr$_{0.5}$IrO$_{3}$（CSIO）钙钛矿铱酸盐薄膜的结构。尽管倒易空间映射显示 CSIO/STO 薄膜层呈现全局四方晶格对称性，同步辐射 X 射线数据表明其室温结构由于 IrO$_{6}$ 八面体的 Glazer a$^{+}$a$^{-}$c$^{-}$ 型旋转而是单斜的。为了在全球四方对称性下容纳低对称性结构，薄膜破裂为四个孪晶畴，导致（半整数, 0, 整数）超晶格反射的分裂。令人惊讶的是，这些超晶格反射的分裂随温度升高而减小，最终在 T$_{S}$ = 510(5) K 消失，这标志着向具有 a$^{+}$a$^{-}$c$^{0}$ 八面体旋转的正交相的结构相变。相比之下，CSIO/GSO 薄膜呈现稳定的单斜对称性，具有 a$^{+}$b$^{-}$c$^{-}$ 八面体旋转，在高达 520 K 时未显示出由衬底引起的结构不稳定性。我们的研究说明了除衬底晶格失配外，对称性在决定外延薄膜结构中的重要性。