A polarity-induced defect mechanism for conductivity and magnetism at polar-nonpolar oxide interfaces
导电二维电子气（2DEG）和磁性的绝缘氧化物之间的界面，如极性的LaAlO 3和非极性的SrTiO 3的例子之间的发现提出了实现在组件材料中不存在的界面功能的前景。然而，这种新兴现象的微观起源仍然不清楚，对改进功能的设计构成了障碍。使用第一性原理缺陷计算，我们揭示了一个统一的极性诱导缺陷机制的导电性和磁性在极性-非极性界面的绝缘氧化物。我们证明了跨界面的极性不连续性触发了某些缺陷的自发形成，这些缺陷反过来又抵消了由极性不连续性引起的极性场。结果表明，2DEG起源于自发形成的表面施主缺陷（氧空位），但2DEG的密度由界面反位受主缺陷（Al-on-Ti）控制。发现界面磁性起源于界面附近的LaAlO 3侧内的未电离的深Ti-on-Al反位施主缺陷。我们的研究结果提出了实用的设计指导方针，诱导和控制2DEG和磁性在极性-非极性氧化物界面。
2014-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Structure and magnetism in ultrathin iron oxides characterized by low energy electron microscopy
我们已经在钌上生长了几个原子层厚的氧化铁外延膜。我们用低能电子显微镜表征生长。使用选区衍射和强度与电压谱，我们检测到两个不同的阶段，这是分配给浮氏体和磁铁矿。自旋极化低能电子显微镜显示磁畴图案的磁铁矿相在室温下。
2009-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Structural phase stability and Magnetism in Co2FeO4 spinel oxide
本文报道了Co_2FeO_4尖晶石氧化物的结构相稳定性与磁性之间的关系。我们采用机械合金化和随后的退火，以获得所需的样品。样品的粒径从25 nm变化到45 nm。除9000 ℃退火样品外，其它样品均发生了富钴和富铁尖晶石相的结构分离。本研究表明，亚铁磁特性的Co2FeO4，结构相稳定性无关。观察到的混合亚铁磁相，与两个居里温度在TC 1和TC 2（> TC 1），分别提供了额外的支持，分裂的单一立方尖晶石相的Co2FeO4尖晶石氧化物。
2008-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism and half-metallicity at the O surfaces of ceramic oxides
通过密度泛函理论的\textit{ab-initio}计算，证明了ZrOPDMATHABMM、AlPDMATHABMM、OPDMATHABMN和MgO表面存在自旋极化.大自旋力矩，高达1.56 $μ_B$，发展在O端极性终端，将非磁性绝缘体转化为半金属。磁矩主要存在于表面氧原子中，它们的来源与在离子氧化物的价带处具有明确自旋极化的$2p$空穴的存在有关。磁化和施主电荷的局部损失之间的直接关系使得有可能将磁化机制扩展到表面性质之外。
2005-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Surface-induced magnetism of the solids with impurities and vacancies
用量子力学方法结合镜像电荷法计算了不同固体平面附近的杂质和中性空位的最低能级。我们得到，对于He原子、Li ~+、Be ~（++）等离子，磁性三重态是表面附近杂质和中性空位的基态，磁性单重态是体相的基态。最低三重态和单重态之间的能量差在很大程度上取决于电子（空穴）有效质量、固体的介电常数以及与表面的距离。相同的表面缺陷（两个带双电荷的杂质或空位与两个电子或空穴）的对相互作用揭示了铁磁自旋状态，在缺陷之间的确定距离（~5-25 nm）处具有最大交换能量。我们得到，对于由一对相同的表面杂质（如表面氢）形成的两个电子的分子，单重态是最低的，而它的下一个具有足够深的负能量最低值的状态是磁性三重态。这种分子在表面出现的亚稳磁性三重态表明了类氢分子可能存在亚稳磁性三重态，而它们在材料本体中是不存在的。我们希望所获得的结果可以提供一个替代机制的室温铁磁性观察到的TiO 2，HfO 2，和In 2 O 3薄膜与贡献的氧空位。
2010-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in Transition metal doped Cubic SiC
本文采用第一性原理密度泛函理论对过渡金属掺杂SiC进行了研究。我们考虑了立方SiC与3d过渡金属作为替代杂质的Si和C位分别。掺杂Cr、Mn的立方SiC表现出铁磁性，而掺杂Sc、Ti、V和Co的立方SiC表现出磁性能的位置依赖性。其余的杂质被发现是非磁性的。
2011-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Oscillatory Non-collinear Magnetism Induced by Interfacial Charge Transfer in Metallic Oxide Superlattices
相关复合氧化物之间的界面是实现新形式的磁性的有前途的途径，这些磁性是由于电荷转移、邻近效应和局部对称性破坏而产生的。本文报道了在铁磁金属氧化物La_（2/3）Sr_（1/3）MnO_3（LSMO）和相关金属LaNiO_3（LNO）超晶格中发现的非共线磁结构。LSMO层之间的交换相互作用由中间LNO介导，使得相邻LSMO层的磁化之间的角度随着LNO层的厚度以振荡方式变化。非共线结构的磁场、温度和间隔物厚度依赖性与用于模拟常规金属多层膜中的磁结构的双线性和双二次相互作用不一致。一个模型，耦合的LSMO层的螺旋自旋状态内的LNO符合所观察到的行为。我们建议，自旋螺旋的结果从LNO和界面电荷转移，创建本地化的Ni 2+状态的空间变化的自旋磁化率之间的相互作用。这为在金属氧化物异质结构中设计非共线自旋织构提供了一种新的方法，该方法可以在基于自旋和电荷输运的器件中利用。
2014-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Lanthanide impurities in wide bandgap semiconductors: a possible roadmap for spintronic devices
采用第一性原理计算和Hubbard势修正的全电子方法，研究了纤锌矿氮化镓和氧化锌中镧系（Eu ~ Tm）杂质的电子性质.结果表明，4f相关的能级保持在两种材料的带隙之外，与最近的唯象模型，基于实验数据的良好协议。此外，掺杂镧系元素杂质的氧化锌成为n型材料，显示出4f相关的自旋极化态和载流子之间的耦合。这种耦合可以产生自旋极化电流，这可能导致自旋电子器件中的应用。
2013-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced magnetism, memory and aging in Gold-Iron oxide nanoparticle composites
在这份报告中，我们提出了系统的磁性研究纯氧化铁纳米粒子和金氧化铁纳米复合材料，增加金颗粒尺寸/含量。对于这些样品的磁性研究，我们测量了：（1）零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）磁化，（2）交流磁化率，（3）在各种温度下磁化与场的关系，（4）在固定温度下对于各种等待时间tw的热剩磁磁化弛豫（TRM）和零场冷却磁化弛豫（ZFCM）以研究老化效应，（5）磁化记忆效应;（6）交换偏压随冷场的变化。详细的磁性测量分析表明，纯Fe 3 O 4纳米粒子样品的行为像一个超顺磁性和掺入金（Au）纳米粒子的纳米复合材料系统慢慢演变从超顺磁性超自旋玻璃态。随着Au纳米颗粒尺寸/含量的增加，记忆和老化效应增强。在这项研究中，最重要的观察是与金纳米粒子的掺入的磁化强度的增强。这种增强作用随着纳米复合材料中Au含量的增加而增加。我们已经解释了由于在Au/磁性颗粒界面处形成大的轨道磁矩而导致这种磁化强度增强的原因。
2009-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Poisoning of magnetism in silicon doped with Re, caused by a charge transfer from interstitials to substitutionals, by means of the self-interaction corrected density-functional approach
用自相互作用修正的密度泛函方法计算了硅中的Re杂质及其对。铼离子在主晶体中形成不太紧密的对，杂质被一个Si原子或接近两个硅键的距离分开。比较各种对的替代品的形成能，mixed-site杂质，mixed-site杂质有利于最后一种类型。电子从间隙向替代杂质的转移使两个Re位都恢复磁性，但p型和n型共掺杂再次恢复磁性，后者更有效。
2012-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Comment on "Unconventional Magnetism in a Nitrogen-Containing Analog of Cupric Oxide"
在最近的一封信[PRL，107，047208（2011）]中，Zorko等人报告了与自旋为1/2的量子磁体CuNCN中的共振价键（RVB）电子态的“特殊脆弱性”相关的“意外的不均匀磁性”。在这里，我们表明：i）各向异性三角晶格（ATL）的自旋模型，由Zorko等人提出，不适用于CuNCN; ii）该模型在相关参数范围内不支持所宣称的RVB基态; iii）CuNCN的磁性状态不一定是不均匀的。
2011-12-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectric Control of Magnetism and Transport in Oxide Heterostructures
磁性和传输是现代电子设备中的两个关键功能成分。在氧化物异质结构中，铁电性可以提供一种新的途径来控制这两个属性通过电操作，这是科学上有趣的和技术上重要的。本文简要介绍了这一快速发展的研究领域的最新进展。将涉及几个分主题。首先介绍了界面磁性的铁电极化调谐，包括磁化强度、易磁化轴、磁相以及交换偏压的调谐。其次，铁电极化的横向和隧道传输调谐将进行审查。
2014-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Redox-controlled epitaxy and magnetism of oxide heterointerfaces: EuO/SrTiO$_3$
我们展示了一种制备铁磁绝缘体一氧化铕薄膜的新途径。关键是金属Eu和作为氧供应者的衬底SrTiO $_3$之间的氧化还原控制的界面反应。该过程允许调整的EuO薄膜的电子，磁性和结构特性。此外，我们将这种技术应用于各种氧化物基板，并证明了氧化还原控制的氧化铕薄膜合成的普遍性和局限性。
2019-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergent magnetism with continuous control in the ultrahigh conductivity layered oxide PdCoO2
该研究针对连续可调磁性的实现难题，通过氦注入与退火处理在超高电导率层状氧化物PdCoO₂中实现了铁磁性的连续开关调控，为自旋电子学应用提供了关键支撑。
2023-08-27 cond-mat.mtrl-sci
First-principles theory of doping in layered oxide electrode materials
在锂离子电池电极材料LiMO $_2$（M = Co，Ni，Mn）中掺杂杂质是优化其电化学性能的有效途径。在这里，我们报告了详细的第一性原理研究层状氧化物LiCoO $_2$，LiNiO $_2$，和LiMnO $_2$轻掺杂过渡金属（Fe，Co，Ni，Mn）和非过渡金属（Mg，Al）杂质使用混合密度泛函缺陷计算。我们发现，晶格位置的偏好是依赖于掺杂剂的电荷和自旋状态，这是强烈耦合到本地晶格环境，并可以通过存在的共掺杂剂（S）的影响，和主体化合物的构成元素的相对丰度在合成环境中。在杂质及其与本征点缺陷复合物的结构和能量的基础上，我们确定了所有可能的低能杂质相关缺陷复合物，从而为材料的进一步分析提供了缺陷模型。从材料建模的角度来看，这些轻掺杂的化合物也可作为模型系统，用于理解更复杂的混合金属LiMO $_2$基电池阴极材料。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism from intermetallics and perovskite oxides
RJCV于2017年3月在弗鲁米嫩塞联邦大学获得博士学位。我们专注于化合物的合成，然后对它们的磁结构表征;主要是由于这些物理性质的相互作用。我们已经制备了金属间合金（包括Heusler合金）和钙钛矿氧化物（锰氧化物和钴矿）;散装和纳米颗粒。的形态和晶体结构对这些化合物的磁性能的影响进行了彻底的分析。
2017-08-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Surface magnetism in ZnO/Co3O4 mixtures
我们最近报道了在ZnO和Co_3O_4的混合物中观察到的室温铁磁性，尽管这些氧化物分别具有抗磁性和反铁磁性。在这里，我们提出了一个详细的研究，这种材料的电子结构，以占这种意想不到的铁磁性。两种氧化物之间的静电相互作用导致Co3O4颗粒分散在ZnO较大颗粒的表面上。因此，如XAS测量和光学光谱所证明的，在颗粒表面发生Co+3到Co 2+的还原。这种减少允许解释所观察到的铁磁信号内建立良好的磁性理论。
2009-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Compensated magnetism by design in double perovskite oxides
考虑到Goodenough的超交换规则，包括完全结构弛豫和自旋轨道耦合，并检查强相关效应，我们在氧化物双钙钛矿材料类别中寻找补偿半金属。识别可能的半金属（或半半金属）反铁磁体，包括轨道磁性的全部复杂性，以达到现实的预测设计的磁性化合物（近）消失的净矩。在对先前未考虑的几种候选物进行分类之后，两种材料K $_2$ MnRhO $_6$和La $_2$ CrWO $_6$仍然是可行的候选物。一个重要的因素是获得具有非常小的诱导轨道矩（通过封闭的子壳层帮助）或具有补偿自旋-轨道驱动的半金属特性退化的轨道矩的化合物。虽然不能确保这些材料的热力学稳定性，但逐层氧化物沉积技术的发展不要求材料在合成时是热力学稳定的。
2009-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetism in C or N-doped MgO and ZnO: density-functional study of impurity pairs
结果表明，最近提出的用C或N取代O来产生铁磁性的方法，由于杂质对的形成而被削弱，所得的C2自旋=1的二聚体以及等电子的N2^{2+}在p型MgO中发生反铁磁性相互作用。然而，对于C掺杂的ZnO，我们证明了使用HSE混合泛函的自旋极化的C2 ppπ* 态与主机导带的共振导致长程铁磁相互作用。开壳层杂质分子的磁性被认为是氧化物自旋电子材料中d 0-铁磁性的可能途径。
2010-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Magnetism in Complex Oxide Heterostructures Probed by Neutrons and X-rays
磁性复合氧化物异质结构是人们非常感兴趣的，因为在不同材料的界面处的大量现象可以产生全新的物理和潜在的有价值的功能。在外延层氧化物界面处的改变的磁化强度、新颖的磁耦合和涌现的界面磁性正在进行深入的研究，这形成了我们对如何利用这些材料的理解，特别是对于自旋电子学。基于中子和X射线的技术在表征界面磁结构和澄清这一快速发展领域的基础物理方面发挥了决定性作用。在这里，我们回顾了最近的一些实验结果，重点是那些通过极化中子反射计和极化x射线吸收光谱研究。最后，我们提出一些观点。
2015-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structure and Magnetism in Mn Doped Zirconia: Density-functional Theory Studies
采用第一性原理密度泛函理论平面波赝势方法，系统地研究了25% Mn替代和间隙掺杂单斜、四斜和立方ZrO 2的结构和磁性.我们的研究表明，Mn杂质的引入不仅稳定了ZrO 2的高温相，而且赋予了ZrO 2磁性。基于简单晶体场论（CFT），讨论了Mn掺杂ZrO_2的磁性起源。此外，我们还讨论了电子给体对磁性半导体的影响，以及作为电子结构调制器的可能性。
2009-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic States and Magnetism of Mn Impurities and Dimers in Narrow-Gap and Wide-Gap III-V Semiconductors
本文系统地研究了窄禁带和宽禁带$III$ - $V$半导体中单个$Mn$杂质和二聚体的电子态和磁性。已经发现，在单个$Mn$杂质的基态下，当$p$-$d$杂化$V_{pd}$大并且空穴能级$E_{v}$和杂质能级$E_{d}$都接近中间带隙时，$Mn$-$As(N)$复合物是反铁磁（AFM）耦合;或者当$V_{pd}$小并且$E_{v}$和$E_d$都在价带深处时，是非常弱的铁磁（FM）耦合。在$Mn$二聚体的情况下，$Mn$自旋是AFM耦合的半填充或充满$p$轨道;相反，Mn自旋是双交换的FM耦合的任何$p$ -轨道远离半填充。我们认为，稀释的$III$ - $V$半导体中的FM有序是由强的{ \it p-d}杂化双交换机制引起的.
2004-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Harnessing the Duality of Magnetism and Conductivity: A Review of Oxide based Dilute Magnetic Semiconductors
本文综述了氧化物基稀磁半导体的历史、导电类型分类、室温铁磁性起源机制及其在磁光、透明铁磁体和自旋太阳能电池等自旋电子学器件中的应用前景。
2024-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Surface oxides, carbides, and impurities on RF superconducting Nb and Nb3Sn: A comprehensive analysis
本研究分析了Nb和Nb3Sn表面氧化物、碳化物及杂质，揭示了真空烘烤和氮处理机制，为高性能超导射频和量子应用提供关键见解。
2023-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Magnetism and Ion Diffusion in Honeycomb Layered Oxide K$_2$Ni$_2$TeO$_6$: First Time Study by Muon Spin Rotation & Neutron Scattering
在寻找新型高效电池的过程中，K基蜂窝层氧化物材料因其基本性质和潜在应用而引起了人们极大的兴趣。实现基于这种化合物的高效电池的关键问题是理解K离子扩散机制。然而，迄今为止，由于钾离子（K $^+$）固有的弱核磁矩，与其他碱金属离子（如锂和钠）相比，使用磁自旋性质来研究材料中的钾离子（K）动力学一直是具有挑战性的。自旋极化的μ子具有高旋磁比，使得μ子自旋旋转和弛豫（$μ$ +SR）技术对于探测弱自旋磁矩材料中的离子动力学是理想的。本文报道了用$μ$ +SR测量方法研究了蜂窝层状氧化物材料K $_2$ Ni $_2$ TeO $_6$的磁性和K+动力学。我们的低温$μ$ +SR结果与互补磁化率一起发现了26 K的反铁磁转变。在更高温度下进行的进一步$μ$ +SR研究表明，钾离子（K $^+$）在250 K以上变得可移动，扩散过程的激活能为Ea = 121（13）meV。这是第一次，钾基电池材料中的K+动力学已被测量使用$μ$ + SR。最后，我们的研究结果还表明一个有趣的可能性，K-离子自扩散主要发生在粉末颗粒的表面。这为使用纳米结构改善离子扩散和器件性能开辟了未来的可能性。
2020-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of room temperature magnetoelectric properties in α-Fe1.6Ga0.4O3 oxide by magnetic field controlled electric properties and electric field controlled magnetism
我们对α-Fe_（1.6）Ga_（0.4）O_3（Ga掺杂α-Fe_2 O_3）体系进行了稳定化处理。该体系在室温下表现出磁性倾斜铁磁态和铁电性质。通过磁场电极化的强度和电场控制磁化的实验观察，首次证实了Ga掺杂α-Fe_2 O_3体系在室温下存在磁电耦合和多重铁电性质。α-Fe_2 O_3体系不存在电场控制的磁交换偏置效应，而Ga掺杂的α-Fe_2 O_3体系的交换偏置位移高达370 Oe.系统的磁化强度对开关模式以及外加电场极性的变化非常敏感。该系统是一个新增加的列表中的非传统的磁电/多铁电到目前为止，在文献报道。通过同时施加磁场和电场可以控制磁化和电极化的强度的这种新型材料对于下一代磁传感器、开关、非易失性存储器和自旋电子器件领域中的潜在应用的需求日益增加。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic ferromagnetism in carbon doped zinc oxide from first-principles studies
采用密度泛函理论，采用广义梯度近似（GGA）和混合泛函（HSE 06）作为交换关联泛函，对ZnO中的替位碳杂质进行了研究.它被发现，非自旋极化的C $_\mathrm{Zn}$杂质是在几乎所有的条件下比C $_\mathrm{O}$杂质，具有$2μ_{\mathrm{B}}$的磁矩更稳定，除了非常O-贫和C-丰富的条件。这解释了在样品制备中的实验困难，以实现$d^{0}$ -铁磁性在C掺杂的ZnO。从GGA计算与大型96原子超晶胞，我们得出结论，两个C $_\mathrm{O}$ -C $_\mathrm{O}$杂质在ZnO铁磁相互作用，但被发现是短程和各向异性，更强的六方$ab$平面内的纤锌矿ZnO比沿c轴。这种层状铁磁性归因于ZnO中C $_{\mathrm{O}}$杂质在费米能级附近的碳杂质带的色散的各向异性。从计算结果中，我们得出，C $_{\mathrm{O}}$浓度在2%和6%之间应该是最佳的，以实现$d^{0}$ -铁磁性在C掺杂的ZnO。
2012-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Spin states of iron impurities in magnesium oxide under pressure: A possible intermediate state
铁长石（Mg，Fe）O是下地幔的主要矿物，对其性质的研究是了解地球内部的基础。在这里，我们进行了第一性原理研究的性质，铁作为一个孤立的杂质在氧化镁，这是铁方镁石的条件下，铁-铁相互作用可以忽略不计。计算采用全电子全势线性缀加平面波方法，基于密度泛函理论，在广义梯度近似下，加上现场Hubbard修正.我们给出了零压下几种电荷态的高自旋态和低自旋态的电子和磁性，以及电磁超精细分裂，然后将其推广到高压。对于中性电荷态的杂质，我们的结果表明，除了高自旋态（S=2）和低自旋态（S=0）外，还存在一个亚稳的中间自旋态（S=1）。这些结果进行了讨论的背景下，实验确定的铁硅酸盐钙钛矿的中间自旋状态。
2013-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Understanding the $sp$ magnetism in substitutional doped graphene
在石墨烯中的缺陷诱导磁性已被理论预测和实验观察。然而，当考虑具有$sp$电子的替代杂质时，关于磁性行为的起源存在公开的问题。这项工作的目的是有助于掺杂石墨烯系统中杂质诱导的自旋磁性的理解。因此，在密度泛函理论的框架下，得到了周期表中IIIA族（B，Al，Ga）和VA族（N，P，As，Sb，Bi）杂质置换掺杂石墨烯的电子结构和自旋磁矩.磁性基态的性质是从计算的总能量作为自旋磁矩的函数，使用固定的自旋矩方法确定的。我们表明，在所研究的系统中的自发磁化产生的电子不稳定性的存在下，在费米能级的一个狭窄的杂质带。此外，我们发现自旋极化的出现需要杂质引入额外的电子到石墨烯晶格，并且杂质-碳杂化接近于$sp^3$几何形状。这些特征揭示了电荷掺杂符号和杂化程度在取代掺杂石墨烯中$sp$磁性的起源中起着根本性的作用。
2022-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Magnetic Order in Air-Stable Ultra-Thin Iron Oxide
某些二维（2D）材料表现出有趣的性质，如谷极化，铁电性，超导性和电荷密度波。许多这些材料可以在环境条件下手动组装成原子级多层器件，这是由于它们具有出色的化学稳定性。已经做出努力通过缺陷向这些2D材料添加磁性自由度，但是仅实现了局部磁性。只有最近发现的二维材料支持内在铁磁性堆叠自旋电子器件成为现实。由于这些铁磁体对环境退化的敏感性，在环境条件下用这些铁磁体组装2D多层器件仍然具有挑战性，并且在室温下的磁有序在范德华材料中是罕见的。在这里，我们报告的空气稳定的超薄ε相氧化铁晶体，在室温下表现出磁秩序的增长。这些晶体不需要钝化，可以通过成本效益高的化学气相沉积（CVD）大量制备。我们发现，在能量上是不利的，不形成散装，可以很容易地在2D下到7个晶胞厚度的α相。单个晶体的磁光克尔效应（MOKE）磁力测量表明，即使在这个磁极限下，铁磁相也表现出强大的磁性，矫顽场为数百mT。这些测量结果突出了铁氧化物的优势，作为一个有前途的候选人对空气稳定的二维磁性和集成到二维自旋电子器件。
2018-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Noncollinear magnetism and spin-orbit coupling in 5d pyrochlore oxide Cd2Os2O7
采用密度泛函理论加在位排斥（$U$）方法研究了焦绿石氧化物Cd $_2$ Os $_2$ O $_7$的电子和磁性，绘制了$U$的基态相图.我们得出结论：在很宽的$U$范围内，全进/全出非共线磁序是稳定的.我们还表明，易轴各向异性所产生的自旋轨道（SO）耦合起着重要的作用，在稳定的全进/全出磁秩序。一个\textit{pseudo gap}附近的反铁磁金属和绝缘相之间的过渡观察。最后，我们讨论了在实验中观察到的奇特的低温（$T$）性能的可能来源。
2012-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Carrier-mediated magnetoelectricity in complex oxide heterostructures
虽然迄今为止在制造单相和复合磁电材料方面已经取得了巨大的成功，但磁场的典型电场控制仍然难以捉摸。在这项工作中，我们证明了一个线性磁电效应所产生的一种新的载体介导的机制，是一个普遍的功能之间的电介质和自旋极化金属的界面。使用第一性原理密度泛函计算，我们说明了这种效果在SrRuO $_3$ /SrTiO $_3$接口，并描述其起源。为了正式量化这样一个接口的磁响应所施加的电场，我们介绍和定义的自旋电容的概念。除了它的磁电和自旋电容行为，界面显示的空间共存的磁性和电介质的极化提出了一种新的类型的界面多铁性的路线。
2007-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Electrically controllable surface magnetism on the surface of topological insulator
本文从理论上研究了三维拓扑绝缘体表面磁性杂质之间以螺旋狄拉克电子为媒介的RKKY相互作用。精确的解析表达式表明，RKKY相互作用由类海森堡项、类伊辛项和类DM项组成。这为我们提供了一种新的表面磁性电调控方法。掺杂磁性离子打开的能隙可以导致短程Bloembergen-Rowland相互作用。海森堡项、伊辛项和DM项之间的竞争导致了不同晶格上丰富的自旋组态和反常的霍尔效应。
2010-10-20 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of magnetism and electronic structures of substitutional $3d$ transition-metal impurities in bcc Fe
采用基于广义梯度近似（GGA）的全电子全势线性缀加平面波方法，研究了铁磁体心立方铁中Sc到Zn的$3d$杂质原子的磁性和电子结构.我们发现，一般来说，GGA的结果比局域自旋密度近似更接近实验值。计算的生成焓数据表明，在钢设计中，对三元Fe-C- $X$系统而不是二元Fe- $X$系统进行系统研究的重要性。根据局域Stoner模型，对晶格参数进行了优化，并讨论了杂质位自旋极化的条件。我们的计算与以前的工作一致，意味着Sc、Ti、V、Cu和Zn的局域自旋极化是由宿主Fe原子引起的。前过渡金属原子与宿主Fe原子反铁磁耦合，而后过渡金属原子与宿主Fe原子铁磁耦合。计算出的bcc Fe的总磁化强度（$M$）被从Sc到Cr的杂质元素作为反铁磁相互作用的结果而降低，对于铁磁耦合的溶质具有相反的效果。$M$的变化归因于最近邻相互作用，主要是杂质和主体原子之间的相互作用。原子平均磁矩一般遵循著名的Slater-Pauling曲线，但我们的结果不遵循Slater-Pauling曲线的线性。我们将这种差异归因于体心立方铁的弱铁磁性。计算得到的费米接触超精细场遵循局域磁矩的变化趋势。自旋轨道耦合的影响被发现是不显着的，虽然它在远离杂质网站的位置变得突出。
2010-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Detection of defect-induced magnetism in low-dimensional ZnO structures by Magnetophotocurrent
在单一的低维氧化物结构中的缺陷诱导的磁有序的检测一般是困难的，因为相对较小的产量的磁有序区域。在这项工作中，我们研究了外部磁场的影响，在室温下不同的ZnO样品光照射后测得的瞬态光电流。我们发现，一个磁场产生的瞬态光电流的弛豫速率的变化，只有在磁有序的ZnO样品。该速率可以随场而减小或增大，这取决于磁有序区域是在ZnO样品的本体中还是仅在表面处。这一现象对低维氧化物磁光器件的发展具有重要意义，并为低维磁性半导体中磁有序的检测提供了新的指导。
2015-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Exotic Spin-Orbital Physics in Hybrid Oxides
我们比较了磁性$3d$杂质与$d^3$和$d^2$构型以及无轨道自由度（轨道稀释）或空穴取代具有$S=1$自旋的$4d^4$莫特绝缘体中的doublon（电荷稀释）所引发的有效自旋-轨道超交换.引起轨道稀释的杂质或者作为与周围离子去耦的自旋缺陷，或者沿着$d^3$ - $d^4$杂化键产生轨道极化子。这些键上的交换决定了宿主位点上的doublon占据哪个轨道。在电荷被$3d^2$杂质稀释的情况下，会产生额外的$\propto T_i^+T_j^+$项，从而增强轨道波动。我们表明，这些条款可能会从根本上改变轨道图案在相对较低的掺杂$x=1/8$孔缺陷。我们的研究结果为今后掺杂过渡金属氧化物的理论和实验研究提供了新的视角。
2016-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Prediction of polarization vortices, charge modulation, flat bands, and moiré magnetism in twisted oxide bilayers
本文利用密度泛函理论预测扭转 SrTiO3 双层中存在极化涡旋、莫尔周期电荷调制、大角度平带及空穴诱导的 d0 莫尔磁性。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crystal Structure and Magnetism of Actinide Oxides: A Review
本文综述二元锕系氧化物的合成、晶体结构与磁性研究现状，指出5f电子基态认识的关键空白及未来实验方向。
2024-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable Magnetism and Insulator-Metal Transition in Bilayer Perovskites
二维（2D）过渡金属氧化物钙钛矿极大地扩展了可用的2D多功能材料系统的领域。在这里，基于密度泛函理论计算，我们预测的存在下，伴随着绝缘体-金属相变双层$KNbO_{3}$和$KTaO_{3}$通过施加应变工程和/或外部电场。我们的研究结果将有助于少层过渡金属氧化物钙钛矿在新兴的自旋电子学和应变电子学中的应用。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Dependence of band gaps in d-electron perovskite oxides on magnetism
理解d电子钙钛矿中带隙趋势的控制原理对于测量金属-绝缘体转变以及它们在催化和掺杂中的应用都是需要的。这种带隙的大小对于不同的磁自旋配置是相当不同的。我们发现，通过电子结构理论的因素，连接间隙大小的磁性取决于带边轨道特性（BEOC）的性质和令人惊讶的规模与相邻的过渡金属离子之间的反铁磁接触z $_i$的数量。当BEOC是（d，d）-类（“莫特绝缘体“）时，这种依赖性较弱，而在（p，d）-类（“电荷转移”绝缘体）中这种依赖性相当强。这些意想不到的规则被追溯到减少轨道相互作用，通过增加过渡金属离子之间的反铁磁接触的数量。磁序的影响不限于带隙大小，还包括与电子结构相关的晶格畸变的大小。这些结果突出了建立在电子结构理论的间隙相关现象（掺杂，运输，金属-绝缘体转变，导电界面）的适当的磁秩序的重要性。
2021-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The interplay between dopants and oxygen vacancies in the magnetism of V-doped TiO2
密度泛函理论计算表明，V到金红石型TiO 2的Ti晶格位置的结合导致磁性V4+物种，但掺杂剂磁矩之间的耦合的延伸和符号确认，铁磁有序不能通过在无缺陷氧化物中的低浓度掺杂而达到。氧空位可以引入额外的磁中心，我们在这里表明，钒掺杂的影响之一是减少这些缺陷的形成能。在V掺杂剂和O空位的存在下，所有的自旋倾向于以相同的取向对齐。我们得出结论，V掺杂有利于TiO2的铁磁行为，不仅通过引入与掺杂剂中心相关的自旋，而且还通过增加氧空位相对于纯氧化物的浓度。
2011-05-06 cond-mat.mtrl-sci
A proposed new route to d0 magnetism in semiconductors
在这里，我们建议诱导磁性半导体利用的间隙缺陷的独特性能，作为磁性杂质内的α-PbO晶体结构。Pbi间隙产生的p-本地化的状态与两个现场电子遵守洪德规则为他们的排序。结果表明，用s^2p^{x}外层结构的非磁性杂质代替Pb间隙原子，可以诱导d 0磁性，并通过改变电子数1< x< 3，可以调节局部磁矩μ B.发现这种缺陷之间的磁耦合是由长程序相互作用驱动的，该相互作用与高缺陷溶解度相结合，保证了磁渗流保持在室温以上。
2013-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Direct demonstration of the emergent magnetism resulting from the multivalence Mn in a LaMnO3 epitaxial thin film system
原子工程氧化物异质结构为创造新的状态提供了肥沃的土壤。例如，在两个氧化物绝缘体之间的界面处的二维电子气，巨大的热电塞贝克系数，从其他非磁性成分中出现的铁磁性，以及巨大的离子电导率。广泛的研究工作表明，氧缺乏或晶格应变在确定这些意想不到的性质中起着重要作用。在这里，通过研究突然存在的强大的铁磁性（高达1.5 uB/Mn）在LaMnO 3基异质结构，我们发现Mn的多价态，发挥了决定性的作用，在出现铁磁性，否则反铁磁性的LaMnO 3薄膜。结合空间分辨电子能量损失谱，X射线吸收光谱和X射线磁性圆二色性技术，我们确定明确的铁磁性结果从传统的Mn 3 +-O-Mn 4+双交换机制，而不是界面效应。相反，在界面附近的5个晶胞的磁死层被发现伴随着电子重构引起的Mn 2+的积累。这些发现提供了一个尚未被探索的Mn的多价态对未掺杂的锰氧化物外延薄膜，如LaMnO 3和BiMnO 3的涌现磁性，并为全氧化物自旋电子器件提供了新的思路。
2018-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced magnetization control in an oxide multiferroic heterostructure
利用电场控制磁性是新型自旋电子器件和未来纳米电子学的研究目标。因此，多铁性异质结构引起了人们的极大兴趣。在这里，我们提供的实验证据，并支持DFT分析，在La0.65Sr0.35MnO3（LSMO）薄膜的过渡到一个稳定的铁磁相，这是由铁电BaTiO 3（BTO）衬底，可以通过施加外部电场修改的结构和应变特性引起的。用同步辐射对Mn L边缘进行的X射线磁圆二色性（XMCD）测量显示，实际上两个磁转变作为温度的函数，对应于BTO衬底的结构变化。我们还表明，铁磁性，在室温下的原始条件下缺席，可以建立通过电开关的BTO铁电畴在面外方向。目前的研究结果证实，电诱导应变可以用来控制磁性的多铁性氧化物异质结构。
2022-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Strain on Orbital Ordering and Magnetism at the Perovskite Oxide Interfaces: LaMnO$_3$/SrMnO$_3$
我们研究了应变如何影响SrMnO $_3$和LaMnO $_3$之间的界面处的轨道有序和磁性从密度泛函计算和解释的基本结果在一个三位Mn-O-Mn模型。Mn原子之间的磁相互作用由Mn t $_{2g}$核自旋的反铁磁超交换和巡游e $_g$电子的铁磁双交换之间的竞争控制。虽然核心电子相对不受应变的影响，但巡回电子的轨道特性受到强烈影响，这反过来又导致铁磁双交换强度的大变化。外延应变产生MnO $_6$八面体的四面体畸变，将Mn-e $_g$态分裂成x $^2$ -y $^2$和3 z $^2$-1态，如果应变在平面内是拉伸的，则前者的能量较低，如果应变是压缩的，则相反。对于拉伸应变的情况，由于在平面中较大的电子跳跃，导致x $^2$ -y $^2$轨道的较高占据增强了平面内铁磁双交换，同时导致平面外双交换的减少。这种减少是大到足以克服反铁磁超交换，这赢得了面外Mn原子之间产生净反铁磁相互作用。对于面内压缩应变的情况，发生相反的情况，即，3 z $^2$ -1轨道的较高占据率导致面外铁磁相互作用，而面内磁相互作用保持反铁磁。具体的密度泛函结果的（LaMnO $_3$）$_1$ /（SrMnO $_3$）$_1$和（LaMnO $_3$）$_1$ /（SrMnO $_3$）$_3$超晶格的各种应变条件。
2008-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Multiband tight-binding model of local magnetism in GaMnAs
我们给出了GaAs中单个锰杂质和两个附近锰杂质的自旋和轨道分辨局域态密度（LDOS）。GaAs基质用sp^3紧束缚哈密顿量描述，Mn杂质用局域p-d杂化和在位势描述。价带内的局部自旋极化共振显著增强了带边附近的LDOS。对于两个附近的平行Mn时刻的受体状态杂交和分裂的能量。因此，扫描隧道光谱可以直接测量Mn-Mn相互作用作为距离的函数。
2004-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Exchange Interaction and $T_c$ in Alkaline-earth-metal-oxide-based DMS without Magnetic Impurities: First Principle Pseudo-SIC and Monte Carlo Calculation
通过第一性原理计算，探讨了碱土金属氧化物中引入碳原子诱导半金属铁磁性的前景。利用类赝势自相互作用修正的局域自旋密度方法计算了体系的电子结构和交换耦合常数，讨论了体系铁磁性的起源。居里温度（$T_c$）也通过采用蒙特卡罗模拟预测。结果表明，考虑电子自相互作用后，C在主体材料中诱导的半金属铁磁性比标准LDA情形更稳定，C的$2p$电子态在带隙中的局域化程度更高，短程交换作用占优势.虽然MgO $_{1-x}$ C $_x$中的铁磁性由于$1st$ -最近邻对的交换相互作用而稳定，并且可能在较高的$x$下被反铁磁性超交换相互作用抑制，但是CaO $_{1-x}$ C $_x$、SrO $_{1-x}$ C $_x$和BaO $_{1-x}$ C $_x$中的铁磁性通过$1st$ -和$2nd$ -最近邻对两者而稳定，而$T_c$随C浓度单调增加。
2008-01-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Pulsed Cathodoluminescence Spectra of Solid Oxides with Low Concentrations of Optically-Active Impurities
在相同的实验条件下，研究了超纯SiO_2，GeO_2，SnO_2，TiO_2，La_2O_3，Y_2O_3，Sc_2O_3，CaCO_3粉体和α-石英，Ca：YVO_4，LiNbO_3和Sc：LiNbO_3晶体的脉冲阴极射线发光（PCL）谱。发现SiO2、SnO 2、GeO 2、TiO 2、La 2 O3和CaCO 3粉末的PCL谱在500 nm处有一个最大强度的共谱带，Y2 O3、Sc2 O3、PbWO 4和Ca：YVO 4的PCL谱在490 nm处有一个共谱带，LiNbO 3和Sc：LiNbO 3晶体的PCL谱在507 nm处有一个共谱带。结果发现，PCL光谱的平均强度和这些共同的频带的最大强度的位置取决于材料的带隙转变的类型。我们认为这些共同的频带有相同的起源在PCL光谱的所有材料的研究，并与O2-O-氧复合物的重组。这些配合物出现在阴离子和阳离子空位附近，由于晶格中的应力，配位多面体的几何形状和取向被破坏。
2016-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Persistent Optically Induced Magnetism in Oxygen-Deficient Strontium Titanate
钛酸锶（SrTiO $_3$）是复合氧化物电子学新兴领域的基础材料。虽然SrTiO $_3$的电子和光学性质已经被研究了几十年，但最近已成为新的材料研究焦点，部分原因是在SrTiO $_3$和其他氧化物之间的界面处发现了磁性和超导性。氧空位的形成和分布可能在这些效应中起重要作用，但尚未完全理解。此外，最近的签名磁化栅SrTiO $_3$有进一步的利益，在这种名义上的电磁材料的涌现。在这里，我们观察到的光诱导和持续的磁化在缺氧SrTiO $_{3-δ}$使用磁圆二色性（MCD）光谱和SQUID磁强计。这种零场磁化出现在低于~ 18 K，在低于10 K持续数小时，并且可以通过亚带隙（400- 500 nm）光的偏振和波长进行调谐。这些效应只发生在缺氧的样品中，揭示了原型氧化物材料中磁性，晶格缺陷和光之间的详细相互作用。
2014-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetism tailored by mechanical strain engineering in PrVO$_3$ thin films
具有ABO $_3$钙钛矿结构的过渡金属氧化物表现出强烈的纠缠结构和电子自由度，因此，人们期望通过各种外部刺激作用于晶格来揭示奇异的相和性质。以Jahn-Teller活性钒酸盐PrPDMATHABMN V $^{3+}$ O $_3$化合物为模型体系，研究了PrVO $_3$ Néel温度T $_N$作为薄膜生长时相对于体相可提高40 K.使用先进的实验技术，这种增强是明确归因于所经历的薄膜的外延压缩应变所产生的四方性。第一性原理模拟不仅证实了实验结果，但他们也揭示了应变促进了前所未有的轨道有序的V $^{3+}$ d电子，强烈有利于反铁磁相互作用。这些结果表明，准确控制结构方面是揭示氧化物中意外相的关键。
2019-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Termination control of electronic phases in oxide thin films and interfaces: LaAlO3/SrTiO3(001)
由LaAlO3和SrTiO3组成的带绝缘体表面简单，但却具有二维电子气、超导性和磁性等许多有趣的性质。本文综述了利用第一性原理计算对SrTiO_3（001）衬底上LaAl_3薄膜行为的研究进展。特别是，我们探讨了强烈的依赖于表面和界面终止，有限的膜厚度，晶格极化和缺陷的电子性质。所解决的另一方面是电子行为和功能如何可以通过SrTiO 3覆盖层、吸附物和金属接触来调谐。最后，我们讨论了最近的报告中共存的磁性和超导性在这个系统中，他们可能意味着这个系统的电子结构。
2013-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Spin Seebeck effect in iron oxide thin films: Effects of phase transition, phase coexistence, and surface magnetism
理解相变、相共存和表面磁性对磁系统中的纵向自旋塞贝克效应（LSSE）的影响对于操纵自旋电子应用中的自旋到电荷电流转换效率是至关重要的。我们的目的是通过对生长在Si（100）和Al_2 O_3（111）衬底上的双相氧化铁（BPIO = α-Fe_2 O_3 + Fe_3 O_4）薄膜的LSSE温度依赖性进行全面的研究来阐明这些效应。温度依赖的反常能斯特效应（ANE）和电阻率测量的组合表明，即使在室温下，与Si/BPIO/Pt异质结构中的本征LSSE相比，来自BPIO层的ANE的贡献可以忽略不计。低于Fe 3 O 4相的Verwey转变，跨BPIO/Pt的总信号由LSSE主导。观察到Si/BPIO/Pt和Al 2 O3/BPIO/Pt异质结构在Fe 3 O 4相的Verwey转变和α-Fe 2 O3相的反铁磁（AFM）Morin转变附近的本征LSSE信号的显著变化。发现Si/BPIO/Pt的LSSE信号几乎是Al 2 O3/BPIO/Pt的两倍，但是观察到饱和磁化强度的相反趋势。磁力显微镜揭示了Si/BPIO膜的表面磁矩的密度比Al 2 O3/BPIO膜更高，这强调了界面磁性对LSSE信号的主导作用，从而解释了Si/BPIO/Pt的较大LSSE。
2022-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interfacial chemistry meets magnetism: comparison of $Co/Fe_3O_4$ and $Co/α-Fe_2O_3$ epitaxial heterostructures
利用微观与光谱方法对比研究了$Co/Fe_3O_4$与$Co/α-Fe_2O_3$外延异质结构的界面化学与磁性，发现界面钴氧化与铁还原引发未补偿磁矩和轨道磁矩增强，且钴与氧化铁间存在铁磁耦合。
2025-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface magnetism of strontium titanate
SrTiO 3在氧化物电子学中起着核心作用。它是基于钙钛矿结构薄膜叠层的功能氧化物异质结构的选择衬底，并且其表面或与极性氧化物（例如LaAlO3）的界面可以由于电子重构或氧缺陷的存在而成为二维导体。在文献中有大量关于SrTiO 3的磁序的不一致的报道。在这里，我们报告了一个系统的实验研究，旨在建立如何以及何时SrTiO 3可以开发一个磁矩在室温下。来自四家不同供应商的抛光100、110或111晶体切片在750 °C真空退火前后进行了表征，无论是单晶还是粉末形式。在表面和本体中分析杂质含量。除了潜在的内在抗磁性的SrTiO 3，磁信号是三种类型的居里定律的敏感性，由于稀释磁性杂质在ppm水平，滞后，温度依赖性的铁磁杂质的贡献，和实际无滞后，缺陷相关的温度无关的组件，饱和在约200 mT。后一种成分是内在的。它通常是最大的，达到每平方纳米表面积10个玻尔磁子或更多，并在室温下的低场中主导磁响应。它与表面附近的缺陷有关，并且可以通过用Tiron（C6H4Na2O8S2）处理来破坏，Tiron是一种电子供体分子，在表面与钛形成强络合物。这种不寻常的高温铁磁响应的起源进行了讨论。
2016-06-30 cond-mat.mtrl-sci
