扭曲氧化物双层中的极化涡旋、电荷调制、平坦带及莫尔曼磁性预测
材料科学
2025-05-19 v1 强关联电子
摘要
近期对扭曲范德瓦尔斯化合物莫尔超晶格的浓厚兴趣，聚焦于非传统超导性和新型电子相的出现。然而，莫尔现象的范围可以通过纳入复杂氧化物材料到扭曲异构结构中得到显著扩展。在本研究中，受制备自由-standing氧化物膜突破的启发，我们探讨了扭曲氧化物双层的结构和电子性质。我们聚焦于经典的钙钛矿氧化物SrTiO3，设计具有相对扭角的SrTiO3双层。利用密度泛函理论计算，我们预测在SrTiO3双层界面驱动扭角会出现涡旋-反涡旋极化模式。我们还预测由于局部配位数的变化而引起界面Ti离子电荷调制，遵循莫尔图案。此外，我们预测在大扭角处会出现平坦带，伴随莫尔周期电荷密度的局域化电子态，源于层间键合效应导致的悬垂键的形成。最后，我们预测孔掺杂可在原本非磁性的SrTiO3中诱导非传统d0磁性，由于O带p能带的交换分裂产生莫尔周期自旋密度。这些结果表明，在莫尔工程化氧化物异构结构中可能出现广泛的新兴现象，展现了这些材料体系在进一步基础研究和潜在应用方面的深远前景。
引用
@article{arxiv.2412.03798,
title = {Prediction of polarization vortices, charge modulation, flat bands, and moir\'e magnetism in twisted oxide bilayers},
author = {Naafis Ahnaf Shahed and Kartik Samanta and Mohamed Elekhtiar and Kai Huang and Chang-Beom Eom and Mark S. Rzchowski and Kirill D. Belashchenko and Evgeny Y. Tsymbal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.03798},
year = {2025}
}