外延钙钛矿锰氧化物/铱氧化物异质结构的界面耦合和输运特性研究

Enlighted by interface-coupling-induced novel spin textures such as skyrmions in metal heterostructues, it has been proposed to construct perovskite heterostructures composed of ferromagnetic 3d manganite and strong spin-orbital-coupling 5d iridate to realize novel spin textures in oxide heterostructrues, for potential applications in all-oxide spintronic devices. In particular, (La0.7Sr0.3)MnO3/SrIrO3 heterostructrues will be deposited on a series of substrates and systematic investigations on microstructures, magnetic and transport properties will be performed to characterize the samples. Based on the results, electronic structures and magnetic structures of selected samples will be characterized using soft X-ray absorption spectroscopy in Shanghai Synchrotron Radiation Facility. Also, real-space spin textures observation will be tried using scanning X-ray transmission microscopy. These investigations will shed some light on the mechanism to form novel non-collinear spin textures due to coexistence of interface Dzyaloshinskii-Moriya interaction and double-exchange interaction in manganites. Considering that the multifunctional characteristics of 3d perovskite, the proposed project may pave a way to couple novel interface-induced spin textures with electric, magnetic and optic properties in perovskites for future multifunctional devices.

本项目以全氧化物自旋电子学器件应用为背景，将金属异质结构中通过界面耦合形成磁skyrmion等新颖自旋结构的思想拓展到铁磁3d锰氧化物和强自旋-轨道耦合5d铱氧化物构成的钙钛矿异质结构中，通过激光脉冲沉积在不同衬底上制备(La0.7Sr0.3)MnO3/SrIrO3外延异质结构，系统研究异质结构的界面微结构、磁性和输运特性，在此基础上，利用上海光源的软X射线吸收线站研究温度、磁场和外延应变对异质结构中的电子结构、自旋结构的调控规律，并尝试利用扫描透射X射线显微功能进行实空间自旋结构表征，厘清3d/5d钙钛矿异质结构中界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用与锰氧化物中双交换相互作用的共存与竞争对异质结构磁、电特性的调控机理。3d钙钛矿氧化物突出的特点是其多功能性，本项目有望将界面诱导的手性自旋结构与磁、电、光等多功能特性相结合，产生新颖的氧化物自旋电子学调控原理与器件原型。

本项目以全氧化物自旋电子学器件应用为背景，通过激光脉冲沉积制备(La0.7Sr0.3)MnO3/SrIrO3 (LSMO/SIO)外延异质结构，研究3d/5d钙钛矿异质结构中多种界面相互作用的共存与竞争对异质结构磁、电特性的调控机理。项目研究工作按计划任务书进行，系统研究了LSMO/SIO异质结构的界面微结构、磁性和输运特性，利用上海、合肥光源的X射线吸收线站、东莞散列中子源多功能反射线站获得了温度、磁场和外延应变对异质结构中的电子结构、自旋结构的调控规律，取得的主要研究成果如下：揭示了LSMO/SIO异质结构中拓扑Hall效应产生的晶体结构和电子结构条件，为调控可能的拓扑畴结构提供了方案；在钙钛矿氧化物异质结构中首次观察到A位离子通过pd杂化控制界面电荷转移方向和与之相伴的电子轨道序；在SMIO薄膜中观察到氧化物薄膜中罕见的强PMA，并揭示了其来源。上述工作为调控氧化物外延异质结构新颖的磁性和输运特性提供了原理性的支撑，有望应用于高密度、低功耗、多功能的全氧化物自旋电子学器件。