生长在 SrTiO$_3$ 衬底上的镍酸盐与铜酸盐薄膜的异同
强关联电子
2020-11-13 v2
摘要
近期在生长于 SrTiO 上的 Sr 掺杂 NdNiO 薄膜中发现超导性，开启了非常规超导领域的一个新方向。为理解相同 SrTiO 衬底上镍酸盐与铜酸盐层的异同，本文基于密度泛函理论系统研究了 NdNiO/SrTiO 与 CaCuO/SrTiO 体系的结构、电子与磁学性质。我们的结果表明，NdNiO/SrTiO 情形存在强晶格重构，导致极性薄膜，其表面与界面的 NiO 层呈现相反位移。而对于 CaCuO/SrTiO，这两个 CuO 层的畸变方向相同。此外，我们发现该畸变对镍酸盐和铜酸盐薄膜在所研究的厚度范围内均近似无关。进一步，我们观察到 NdNiO 与 SrTiO 界面处存在由极性不连续引起的二维电子气，与近期文献一致。对于 NdNiO/SrTiO，二维电子气延伸至数层，而对于 CaCuO/SrTiO，该电子重排高度局域于 CaCuO 与 SrTiO 的界面。界面处发现的电子重构涉及 Ti 态的强占据。两种情况下，均存在显著的从表面 Ni 或 Cu 层到 Ti 界面层的电子电荷转移。界面 Ni 层为空穴掺杂，Cu 层为电子掺杂。通过引入磁性与电子关联，我们观察到 Ni 的 轨道变为巡游，而 Cu 的同一轨道保持双占据，从而确立了描述这些体系的清晰的两轨道 vs 单轨道活性框架。
引用
@article{arxiv.2008.04392,
title = {Similarities and differences between nickelate and cuprate films grown on a SrTiO$_3$ substrate},
author = {Yang Zhang and Ling-Fang Lin and Wenjun Hu and Adriana Moreo and Shuai Dong and Elbio Dagotto},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.04392},
year = {2020}
}
备注
12 pages, 9 figures