Теоретическое исследование влияния эпитаксиальной деформации на структурные и магнитные свойства тонкой пленки YFeO3 на подложке SrTiO3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В рамках метода GGA + U были исследованы электронная структура и магнитные свойства тонкой пленки YFeO3 на подложке SrTiO3. Было показано, что в тонкой пленке YFeO3/SrTiO3 эпитаксиальная деформация приводит к существенным искажениям кристаллической структуры и смещению атомов железа на поверхности пленки из плоскости, образованной ближайшими кислородами. Данные искажения приводят к смене типа дальнего магнитного упорядочения от антиферромагнитного G-типа, наблюдаемого в стехиометрическом YFeO3, к ферримагнитному упорядочению, близкому к антиферромагнитному упорядочению A-типа, и переходу от диэлектрического состояния в металлическое. Полная релаксация позиций атомов привела к возникновению искажения типа “дыхательной моды” в толще пленки, которая сопровождается появлением электрической поляризации 15.1 мкКл/cм2, что находится в согласии с экспериментом. Искажение кислородных октаэдров вокруг атомов железа приводит к переходу из высокоспинового в промежуточноспиновое состояние и падению величин локальных моментов.

Об авторах

Г. С. Дедов

Уральский федеральный университет

Email: Grigory.Dedov@urfu.me
Екатеринбург, Россия

А. О. Шориков

Уральский федеральный университет; Институт физики металлов, Уральское отделение РАН; Сколковский институт науки и технологий

Екатеринбург, Россия; Екатеринбург, Россия; Москва, Россия

Список литературы

  1. H. Schmid, Ferroelectrics 162(1), 317 (1994).
  2. W. Eerenstein, N. D. Mathur, and J. F. Scott, Nature 442, 759 (2006).
  3. S.-W. Cheong and M. Mostovoy, Nat. Mater. 6, 13 (2007).
  4. D. Khomskii, Physics 2, 20 (2009).
  5. M. Gajek, M. Bibes, S. Fusil, K. Bouzehouane, J. Fontcuberta, A. Barth´el´emy, and A. Fert, Nat. Mater. 6, 292 (2007).
  6. V. V. Shvartsman, W. Kleemann, R. Haumont, and J. Kreisel, Appl. Phys. Lett. 90(17), 172115 (2007).
  7. N. A. Hill, J. Phys. Chem. B 104(29), 6694 (2000).
  8. J. Wang, Science, 299(5613), 1719 (2003).
  9. R. Ramesh and N. A. Spaldin, Nat. Mater. 6(1), 21 (2007).
  10. A. Fernandez, M. Acharya, H.-G. Lee, J. Schimpf, Y. Jiang, D. Lou, Z. Tian, and L. W. Martin, Adv. Mater. 34(30), 2108841 (2022).
  11. Z.-l. Yuan, Y. Sun, D. Wang, K.-Q. Chen, and L.-M. Tang, J. Phys. Condens. Matter 33(40), 403003 (2021).
  12. D. G. Schlom, J. H. Haeni, J. Lettieri, C. D. Theis, W. Tian, J. C. Jiang, and X.Q. Pan, Materials Science and Engineering: B 87(3), 282 (2001).
  13. N. Fujimura, T. Ishida, T. Yoshimura, and T. Ito, Appl. Phys. Lett. 69(7), 1011 (1996).
  14. J. Ma, J. Hu, Z. Li, and C.-W. Nan, Adv. Mater. 23(9), 1062 (2011).
  15. Z. X. Cheng, H. Shen, J. Y. Xu, P. Liu, S. J. Zhang, J. L. Wang, X. L. Wang, and S. X. Dou, J. Appl. Phys. 111(3), 034103 (2012).
  16. G. Padmasree, S. Shravan Kumar Reddy, J. Ramesh, P. Yadagiri Reddy, and Ch. Gopal Reddy, Mater. Res. Express 7, 116103 (2020).
  17. N.O. Khalifa, H. M. Widatallah, A. M. Gismelseed, F. N. Al-Mabsali, R. G. S. Sofin, and M. Pekala, Hyperfine Interactions 237, 46 (2016).
  18. G. Padmasree, P. Yadagiri Reddy, and Ch. Gopal Reddy, Ceramics International 48(19), 28980 (2022).
  19. В. Г. Барьяхтар, Б. А. Иванов, М. В. Четкин, УФН 146(3), 417 (1985).
  20. M. Shang, C. Wang, Y. Chen, F. Sun, and H. Yuan, Mater. Lett. 175, 23 (2016).
  21. J. Scola, P. Boullay, W. Noun, E. Popova, Y. Dumont, A. Fouchet, and N. Keller, J. Appl. Phys. 110, 043928 (2011).
  22. V. V. Ogloblichev, V. I. Izyurov, Yu. V. Piskunov, A. G. Smol′nikov, A. F. Sadykov, S. A. Chuprakov, S. S. Dubinin, S. V. Naumov, and A. P. Nosov, JETP Lett. 114(1), 29 (2021).
  23. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  24. V. I. Anisimov, J. Zaanen, and O. K. Andersen. Phys. Rev. B 44, 943 (1991).
  25. V. I. Anisimov, F. Aryasetiawan, and A. I. Lichtenstein, J. Phys. Condens. Matter 9(4), 767 (1997).
  26. M. Cococcioni, Phys. Rev. B 71(5), 35015 (2005).
  27. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini et al. (Collaboration), J. Phys. Condens. Matter 21, 395502 (2009).
  28. G. Prandini, A. Marrazzo, I. E. Castelli, N. Mounet, and N. Marzari, npj Computational Materials 4, 72 (2018).
  29. A. Shorikov, JETP Lett. 116(9), 634 (2022).
  30. N. O. Vambold, G. A. Sazhaev, and I. V. Leonov, JETP Lett. 118, 886 (2023).
  31. K. Kitayama, M. Sakaguchi, Y. Takahara, H. Endo, and H. Ueki, J. Solid State Chem. 177, 1933 (2004).
  32. M. Eibsch¨utz, S. Shtrikman, and D. Treves, Phys. Rev. 156, 562 (1967).
  33. D. Du Boulay, E. N. Maslen, V. A. Streltsov, and N. Ishizawa, Acta Crystallographica Section B Structural Science 51(6), 921 (1995).
  34. M. A. Butler, D. S. Ginley, and M. Eibschutz, J. Appl. Phys. 48(7), 3070 (1977).
  35. B. C. Tofield and B. E. F. Fender, J. Phys. Chem. Solids 31, 2741 (1970).
  36. D. Korotin, A. V. Kozhevnikov, S. L. Skornyakov, I. Leonov, N. Binggeli, V. I. Anisimov, and G. Trimarchi, Eur. Phys. J. B 65, 91 (2008).
  37. Dm. M. Korotin, V. V. Mazurenko, V. I. Anisimov, and S. V. Streltsov, Phys. Rev 91, 224405 (2015).
  38. R. D. King-Smith and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 47(3), 1651 (1993).
  39. D. Vanderbilt, J. Phys. Chem. Solids 61(2), 147 (2000).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024