应变调控的超薄反铁磁性金属氮化物中的高电导性
材料科学
2020-10-20 v1 强关联电子
应用物理
摘要
应变工程提供了控制外延薄膜中基态及相关相变的能力。然而，由于难以制备化学计量比且高质量的薄膜，对过渡金属氮化物本征特性及其应变依赖性的系统研究仍具挑战性。本文报道了在具有高结晶性的反铁磁性 CrN 薄膜中随应变和维度降低而发生的电子态转变。当薄膜厚度缩减至约 30 个原胞的临界值时，观察到 CrN 薄膜出现显著的导电性下降并伴随意外的体积膨胀。令人惊讶的是，当 CrN 层薄至单个原胞厚度时仍观察到电导性，这远低于大多数金属薄膜的临界厚度。我们发现，通过制备首个自支撑氮化物薄膜，在消除生长应变后，超薄 CrN 薄膜的金属性从绝缘行为中恢复。第一性原理计算和线二色性测量均揭示，应变介导的轨道分裂有效调控了费米能级处相对较小的带隙，从而导致 CrN 中奇异的相变。利用应变控制竞争相来实现高导电氮化物超薄薄膜的能力，可用于发挥其优异特性。
引用
@article{arxiv.2010.09554,
title = {Strain-mediated high conductivity in ultrathin antiferromagnetic metallic nitrides},
author = {Qiao Jin and Hu Cheng and Zhiwen Wang and Qinghua Zhang and Shan Lin and Manuel A. Roldan and Jiali Zhao and Jia-Ou Wang and Shuang Chen and Meng He and Chen Ge and Can Wang and Hui-Bin Lu and Haizhong Guo and Lin Gu and Xin Tong and Tao Zhu and Shanmin Wang and Hongxin Yang and Kui-juan Jin and Er-Jia Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.09554},
year = {2020}
}
备注
24 pages, 5 figures