[论文解读] Magnetism and superconductivity at LAO/STO-interfaces both generated by the Ti 3d interface electrons?

Н. В. Павленко, Thilo Kopp+3 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2011

Electronic and Structural Properties of Oxides被引用 3

一句话总结

该论文提出，LAO/STO界面处的铁磁性并非二维电子气的本征性质，而是由SrTiO3或LaAlO3层中的氧空位诱导产生的。通过密度泛函理论计算，该研究证明氧空位会形成局域的铁磁泡状结构，从而解释了实验中观察到的超导性与超顺磁行为共存的现象。

ABSTRACT

Ferromagnetism and superconductivity are in most cases adverse. However, recent experiments reveal that they coexist at interfaces of LaAlO3 and SrTiO3. We analyze the magnetic state within density functional theory and provide evidence that magnetism is not an intrinsic property of the two-dimensional electron liquid at the interface. We demonstrate that the robust ferromagnetic state is induced by the oxygen vacancies in SrTiO3- or in the LaAlO3-layer. This allows for the notion that areas with increased density of oxygen vacancies produce ferromagnetic puddles and account for the previous observation of a superparamagnetic behavior in the superconducting state.

研究动机与目标

• 探究在通常与超导性不相容的条件下，LAO/STO界面处观察到的铁磁性的起源。
• 确定界面处的二维电子气是否本身具有磁性，还是由外部缺陷引起。
• 阐明氧空位在诱导磁序以及影响超导性与铁磁性共存中的作用。

提出的方法

• 采用密度泛函理论（DFT）计算，模拟含有与不含氧空位的LAO/STO界面的电子结构。
• 通过分析存在空位时的自旋极化和局域磁矩，研究磁态特性。
• 研究界面处Ti 3d轨道的电子性质，评估其在磁性传递中的作用。
• 模拟氧空位浓度对磁序的影响，以识别铁磁泡状结构形成的区域。
• 在不同缺陷密度和界面条件下，评估铁磁态的稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 LAO/STO界面处观察到的铁磁性是否是二维电子气的本征性质？
• RQ2 SrTiO3或LaAlO3层中的氧空位是否能在界面处诱导铁磁序？
• RQ3 氧空位如何促进超导态中超顺磁行为的形成？
• RQ4 当存在空位时，Ti 3d电子在磁性传递中起什么作用？
• RQ5 缺陷诱导的磁性泡状结构能否解释超导性与铁磁性的共存？

主要发现

• LAO/STO界面处的铁磁性并非二维电子气的本征性质，而是由氧空位诱导产生。
• SrTiO3或LaAlO3层中的氧空位会产生局域磁矩，从而形成铁磁泡状结构。
• 氧空位的存在使界面处形成稳定的铁磁态，与实验中观察到的超顺磁行为一致。
• Ti 3d界面电子本身并不直接引起磁性，但在空位存在时可支持磁响应。
• 该模型通过缺陷驱动的磁性非均匀性而非本征电子性质，解释了超导性与铁磁性的共存。