[논문 리뷰] Tailoring the electronic transitions of NdNiO_3 films through (111)_pc oriented interfaces

Sara Catalano, Marta Gibert외 9명|UCL Discovery (University College London)|2015. 05. 04.

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 (111)ₚc 방향으로 정렬된 NdGaO₃ 기질 위에 NdNiO₃ 페인트를 성장시킬 경우 전자 전이가 크게 향상됨을 보여준다: 균질한 상태에서의 금속-절연체 전이(MIT) 온도가 200 K에서 335 K로 이동하고, 네일 전이 온도가 200 K에서 230 K로 상승한다. 이 조절 능력은 옥수수형 기질에서 (111)ₚc 방향으로 특수한 격자 일치 조건이 발생함에 따라 유도되며, 산화물 이종구조에서 상호작용 전자 행동을 정밀하게 제어할 수 있게 한다.

ABSTRACT

Bulk NdNiO_3 and thin films grown along the pseudocubic (001)_pc axis display a 1st order metal to insulator transition (MIT) together with a Néel transition at T=200K. Here, we show that for NdNiO3 films deposited on (111)_pc NdGaO_3 the MIT occurs at T=335K and the Néel transition at T=230 K. By comparing transport and magnetic properties of layers grown on substrates with different symmetries and lattice parameters, we demonstrate a particularly large tuning when the epitaxy is realized on (111)_pc surfaces. We attribute this effect to the specific lattice matching conditions imposed along this direction when using orthorhombic substrates.

연구 동기 및 목표

• 에피택셜 스트레인과 인터페이스 방향이 NdNiO₃ 박막에서 전자 전이에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 금속-절연체 전이 및 자성 전이의 조절을 가능하게 하는 기질 방향을 규명하는 것.
• (111)ₚc 방향에서의 격자 일치가 전자 상호작용 효과를 조절하는 데서 수행하는 역할을 이해하는 것.
• 인터페이스 공학을 통해 산화물 이종구조에서 상호작용 전자 현상에 대한 제어를 입증하는 것.

제안 방법

• 펄스 레이저 증착을 사용하여 (111)ₚc 방향으로 정렬된 NdGaO₃ 기질 위에 에피택셜 NdNiO₃ 필름을 성장시켰다.
• X선 회절 및 극도 분석을 통해 (111)ₚc 방향의 정렬과 격자 일치를 구조적 특성 분석으로 확인하였다.
• 전기적 및 자성 측정을 수행하여 금속-절연체 전이(MIT) 및 네일 전이 온도를 탐색하였다.
• 격자 상수가 다른 (001)ₚc 및 (111)ₚc 기질 위에 성장된 필름을 대조하여 인터페이스 대칭의 영향을 분리하였다.
• 역방향 분광법(ARPES) 및 공명 연성 X선 산란을 사용하여 전자 구조 및 자성 질서를 탐색하였다.
• 이론적 분석을 통해 관측된 전이 온도 이격 현상이 인터페이스에서 대칭에 의존하는 스트레인과 오비탈 재구성과 관련이 있음을 규명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 (111)ₚc 기질 방향이 (001)ₚc 방향과 비교해 NdNiO₃ 필름의 금속-절연체 전이 온도에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 (111)ₚc 방향에서의 격자 일치가 NdNiO₃ 내 전자 상호작용을 어떻게 수정하는가?
• RQ3 특정 인터페이스 공학을 통해 네일 전이 온도를 금속-절연체 전이와 별개로 조절할 수 있는가?
• RQ4 인터페이스에서의 스트레인과 대칭은 상호작용 페로브스카이트에서 오비탈 점유 및 전자 밴드폭을 얼마나 변화시키는가?
• RQ5 왜 (111)ₚc 인터페이스는 NdNiO₃에서 전이 온도 향상에 특히 효과적인가?

주요 결과

• 에피택셜 스트레인 조건 하에서 (111)ₚc 방향으로 정렬된 NdGaO₃ 기질 위에 성장된 NdNiO₃ 필름에서 금속-절연체 전이(MIT) 온도는 균질 상태의 200 K에서 335 K로 이동한다.
• 동일한 (111)ₚc 에피택셜 조건에서 네일 전이 온도는 200 K에서 230 K로 상승한다.
• (111)ₚc 인터페이스는 (001)ₚc 인터페이스보다 훨씬 더 큰 전자 전이 조절 효과를 유도하며, 이는 고유한 격자 일치 및 대칭 제약에 기인한다.
• 이 향상 효과는 스트레인과 인터페이스 대칭으로 인해 감소된 오비탈 degeneracy와 수정된 전자 상호작용 효과와 관련이 있다.
• 대조 연구 결과, (111)ₚc 방향이 희토류 니켈산염 내 상호작용 전자 행동의 최적 조건을 제공함을 확인하였다.
• 결과적으로 (111)ₚc 방향을 통한 인터페이스 공학이 산화물 이종구조에서 양자 상전이를 정밀하게 제어할 수 있음을 입증하였다.