鈣鈦礦鎳氧化物作為典型的關(guān)聯(lián)電子體系，表現(xiàn)出金屬-絕緣體相變、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相變等物性。近期，由于112相和327相鎳基超導(dǎo)體系的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，更使得鎳氧化物成為功能氧化物材料/器件研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。通常，鈣鈦礦鎳氧化物隨著溫度的降低而發(fā)生金屬-絕緣體相變，并伴隨著磁性的順磁-反鐵磁相變。而LaNiO₃成為鈣鈦礦鎳氧化物中唯一在全溫區(qū)保持泡利順磁性的體系。因此，從實(shí)驗(yàn)或理論的角度設(shè)計(jì)和調(diào)控LaNiO₃的磁基態(tài)是重要的問(wèn)題。前期研究表明，基于鎳氧化物/錳氧化物界面的磁鄰近效應(yīng)可以在LaNiO₃中誘導(dǎo)出磁有序界面相，但關(guān)于其磁基態(tài)構(gòu)型存在爭(zhēng)論。例如，有研究報(bào)道在LaNiO₃與LaMnO₃組合構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)中，LaNiO₃界面層處于(1/4,1/4,1/4)波矢的反鐵磁態(tài)；而關(guān)于LaNiO₃/La_0.7Sr_0.3MnO₃異質(zhì)結(jié)，有文獻(xiàn)報(bào)道LaNiO₃層處于螺旋自旋態(tài)或鐵磁態(tài)的結(jié)果。這些相互矛盾的結(jié)論制約了科學(xué)家對(duì)類似界面磁鄰近效應(yīng)體系物理規(guī)律的認(rèn)知，并限制了與界面低維磁性相有關(guān)的實(shí)際應(yīng)用的可能性。

近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心利用空間分辨偏振中子反射儀、電子能量損失光譜、X射線吸收光譜等譜儀手段，結(jié)合宏觀霍爾電輸運(yùn)測(cè)量結(jié)果，揭示了LaNiO₃/LaMnO₃(111)界面由磁鄰近和電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)所致的層狀磁性結(jié)構(gòu)。研究顯示，該異質(zhì)結(jié)體系將出現(xiàn)四種層狀鐵磁相——絕緣LaMnO₃體相、半導(dǎo)體LaMnO₃界面相、絕緣LaNiO₃界面相和金屬性LaNiO₃體相。研究發(fā)現(xiàn)，層狀磁性結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的原因是界面Mn向Ni電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的Mn⁴⁺-Ni²⁺超交換作用和Mn⁴⁺-Mn³⁺雙交換作用。這種層狀磁結(jié)構(gòu)為解析具有強(qiáng)界面電荷轉(zhuǎn)移的磁性異質(zhì)結(jié)體系提供了模板，并為設(shè)計(jì)更多的界面低維磁性體系以及調(diào)控其物性提供了手段。

相關(guān)研究成果以Layered Ferromagnetic Structure Caused by the Proximity Effect and Interlayer Charge Transfer for LaNiO₃/LaMnO₃?Superlattices為題，發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院的資助，并得到中國(guó)散裂中子源和上海同步輻射光源等的支持。

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