【摘 要】
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由于自旋、电荷和轨道自由度之间的耦合,钙钛矿型氧化物异质结构表现出丰富的物理特性,在自旋电子器件中具有重要的应用价值。SrRuO3是一种典型的钙钛矿氧化物,具有金属特性和巡游铁磁性。由于具有高电导率,良好的热稳定性和化学稳定性,SrRuO3广泛用作磁性隧道结和电容器的电极。本论文利用密度泛函理论,研究了SrRuO3/SrTiO3钙钛矿型氧化物异质结构的电子结构和磁性及调控,为SrRuO3/SrTi
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51871161、52071233); 天津市自然科学基金重点项目(18JCZDJC99400);
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由于自旋、电荷和轨道自由度之间的耦合,钙钛矿型氧化物异质结构表现出丰富的物理特性,在自旋电子器件中具有重要的应用价值。SrRuO3是一种典型的钙钛矿氧化物,具有金属特性和巡游铁磁性。由于具有高电导率,良好的热稳定性和化学稳定性,SrRuO3广泛用作磁性隧道结和电容器的电极。本论文利用密度泛函理论,研究了SrRuO3/SrTiO3钙钛矿型氧化物异质结构的电子结构和磁性及调控,为SrRuO3/SrTiO3异质结构在自旋电子器件中的应用提供理论基础。随着SrRuO3原子层数从3层增加到9层,SrRuO3/SrTiO3异质结构始终表现垂直磁各向异性(PMA)。由于Ru原子的面内dx2-y2和面外dx z+dy z+dz 2轨道的磁各向异性能(MAE)变化,SrRuO3/SrTiO3异质结构的总PMA呈现振荡的变化趋势。在8个SrRuO3原子层的SrRuO3/SrTiO3异质结构中,由于Ru-d和O-p轨道杂化,Ru原子磁矩发生反转。界面氧化可以有效地调控SrRuO3/SrTiO3异质结构的MAE和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI),其中远离界面的Ru O2原子层的MAE和DMI对界面氧化更敏感。在缺氧化SrRuO3/SrTiO3异质结构中,电场诱导远离界面的Ru原子磁矩发生反转。这主要是由费米能级附近处Ru原子的d xz/dy z和dx2-y2轨道由自旋向上占据态转变为自旋向下占据态导致的。随着电场由-0.2变化至0.2 V/nm,由于费米能级处Ru原子的d xz/dy z和dx2-y2轨道的重新分布,缺氧化SrRuO3/SrTiO3异质结构的自旋极化率由负值转变为正值。随着电场由-0.2变化至0.2 V/nm,由于Ru原子的面内dx2-y2、面外dx z和dy z轨道贡献的面内磁各向异性增加,7个SrRuO3原子层的缺氧化SrRuO3/SrTiO3异质结构由PMA转变为面内磁各向异性。与此同时,随着电场由-0.2变化至0.2 V/nm,9个SrRuO3原子层的缺氧化SrRuO3/SrTiO3异质结构始终表现PMA。此外,电场可以有效地调控缺氧化SrRuO3/SrTiO3异质结构的DMI。对比于0 V/nm的电场,在±0.1 V/nm的电场下,DMI增加;在±0.2 V/nm的电场下,DMI减小。
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