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通过 LaAlO3/SrMnO3 纳米片超晶格中的界面电子重构实现的半金属铁磁性。

Half-metallic ferromagnetism via the interface electronic reconstruction in LaAlO3/SrMnO3 nanosheet superlattices.

机构信息

Department of Physics and Jiangsu Key Laboratory of Thin Films, Soochow University, Suzhou 215006, PR China.

出版信息

ACS Nano. 2012 Oct 23;6(10):8552-62. doi: 10.1021/nn303943t. Epub 2012 Sep 27.

DOI:10.1021/nn303943t
PMID:22978356
Abstract

Spintronic devices are very important for future information technology. Suitable materials for such devices should have half-metallic properties with only one spin channel conducting. Nanostructures have played an important role in this aspect. Here, we report the realization of robust half-metallic ferromagnetism via the interface electronic reconstruction in artificial LaAlO(3)/SrMnO(3) nanosheet supperlattices. On the basis of first-principles density-functional calculations, we reveal an obvious electron transfer from the (LaO)(+) layer to the adjacent (MnO(2))(0) layer. And the partially occupied e(g) orbitals at the Mn sites can mediate a half-metallic state via a Zener double-exchange mechanism. On the other hand, for the superlattices with a (SrO)(0)/(AlO(2))(-) interface, hole transfer at the interface is identified. These transferred holes reside mainly at oxygen sites in SrMnO(3), leading to either the preserved G-type AFM ordering in pp-type superlattices or complex magnetic ordering in np-type superlattices. Interestingly, when these systems transit to ferromagnetic ordering by an external magnetic field, an obvious change of electronic state at the Fermi level is found, suggesting a large magnetoresistive effect therein. Our studies demonstrate the unique electric and magnetic properties arising from a magnetic ordering dependent charge transfer and electronic reconstruction at perovskite heterointerfaces, and their potential applications in spintronic devices.

摘要

自旋电子器件对于未来的信息技术非常重要。这类器件的合适材料应具有仅一个自旋通道导通的半金属特性。纳米结构在这方面发挥了重要作用。在这里,我们通过人工 LaAlO(3)/SrMnO(3) 纳米片超晶格中的界面电子重构实现了稳定的半金属铁磁性。基于第一性原理密度泛函计算,我们揭示了从(LaO)(+)层到相邻(MnO(2))(0)层的明显电子转移。并且 Mn 位的部分占据的 e(g) 轨道可以通过 Zener 双交换机制介导半金属态。另一方面,对于具有(SrO)(0)/(AlO(2))(-)界面的超晶格,在界面处存在空穴转移。这些转移的空穴主要位于 SrMnO(3)中的氧位,导致 pp 型超晶格中保留 G 型 AFM 有序或 np 型超晶格中复杂的磁有序。有趣的是,当这些系统通过外磁场转变为铁磁有序时,在费米能级处发现了明显的电子态变化,表明其中存在大的磁电阻效应。我们的研究表明,铁磁有序相关的电荷转移和钙钛矿异质界面处的电子重构产生了独特的电和磁性质,并为自旋电子器件的应用提供了可能。

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