拉伸应变 SrCoO$_{3}$ 薄膜中的轨道有序铁磁绝缘态

在常压下，块体 SrCoO$_{3}$ 为立方钙钛矿结构的铁磁（FM）金属。相比之下，外延 SrCoO$_{3}$ 薄膜的磁性质，尤其在高等拉应变（$\varepsilon \gtrsim 3$\%）下，仍不清楚：先前的计算预测在此区间反铁磁（AFM）态在能量上更有利，但近期实验表明存在 FM 绝缘态。本工作中，我们利用第一性原理计算，对 SrCoO$_{3}$ 薄膜的结构、自旋、磁与轨道态进行了广泛搜寻。我们的计算表明，在 $0 < \varepsilon \lesssim 2.5$\% 时，SrCoO$_{3}$ 倾向于具有中间自旋（$t_{2g}^{5}e_{g}^{1}$ 型）Co 且呈现 $d^{6}\underline L$ 特征的 FM 半金属态。在 $\varepsilon \gtrsim 2.5$\% 时，具有高能自旋（$t_{2g}^{4}e_{g}^{2}$ 型）Co 的 FM 绝缘态占主导。这一 FM 绝缘态通过复杂的轨道有序、协同 Jahn--Teller 畸变以及绕全部三个晶轴的八面体倾斜得以实现。