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课题组： 米文博 天津大学理学院物理系米文博教授课题组与北京大学高鹏研究员课题组、中国科学院物理研究所白雪冬研究员课题组合作，揭示了不对称SrRuO3晶界自旋阀磁电阻的微观机制，并由此为构建低维磁序提供了一种不依靠二维材料的新思路，即利用现有磁性材料的平移对称性破缺，来构筑低维磁序。相关成果发表于《国家科学评论》（NationalScience Review，NSR）。 晶界（grain boundary）是结构相同而取向不同的晶粒之间的界面。由于化学键连续性的破缺，晶界可以表现出完美晶体所没有的新的磁、电性质。在钙钛矿（ABO3）等含有多种元素的复杂氧化物中，晶界对器件性能的影响更加显著。尤其是对于纳米尺寸的器件，单个晶界的存在都可能会主导整个器件的性能。因此，利用晶界来设计新型功能器件引起了广泛关注。然而一直以来，要从实验上揭示“晶界处原子结构的改变是如何影响材料性质的（构效关系）”却并不容易。 研究者发现SrRuO3晶界的输运性质呈现自旋阀效应。利用球差矫正的扫描透射电子显微镜表征了该晶界的原子结构，基于此通过第一性原理计算揭示了晶界处的电子结构。结果发现，由于非对称晶界附近的Ru-O八面体畸变，Ru d轨道发生重构，晶界处的磁矩显著减小，导致晶界与周围晶粒形成了铁磁/非磁/铁磁的自旋阀器件，很好地解释了宏观输运结果。结合上述电子显微学分析、第一性原理计算、输运测量结果，研究者建立了SrRuO3晶界的构效关系。
(a) 输运测量的磁电阻曲线。(b)原子分辨积分差分相位衬度（iDPC）图像，表征晶界原子结构。 DFT计算解释了微观结构如何影响输运性质。 该工作帮助我们理解了SrRuO3晶界的负磁阻和自旋阀磁电阻的微观起源，也提示当作为生长铁电薄膜的底电极时，SrRuO3晶界可能会诱发新的效应，比如改变界面磁电耦合行为。同时，这项工作为在原子尺度上控制缺陷结构来实现特殊的物理性质，从而利用晶界等缺陷构建新颖的低维器件具有指导意义。 文章信息：Atomicorigin of spin-valve magnetoresistance at the SrRuO3 grain boundary,https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa004 |
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