Berry phase engineering at oxide interfaces
凝聚态中的几何相位在拓扑输运现象中起着核心作用，如量子、自旋和反常霍尔效应（AHE）。与量子霍尔效应（其特征在于拓扑不变量和抗微扰性）相反，AHE依赖于费米能级处占据带的Berry曲率，因此对能带结构的细微变化高度敏感。过渡金属氧化物异质结构提供了一个独特的操作平台，在原子级尖锐的界面上，涌现电动力学的工程成为可能。我们证明了Berry曲率及其相应的矢量势可以通过相关巡游铁磁体SrRuO $_3$（SRO）的界面工程来操纵。AHE的测量揭示了两个界面可调自旋极化传导通道的存在。利用理论计算，我们表明，在SRO接口的AHE的可调谐性来自两个拓扑非平凡带之间的竞争。我们的研究结果表明，在氧化物界面的重建可以用来控制纳米尺度上的新兴电动力学，开辟新的路线自旋电子学和拓扑电子学。
2018-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Single-layer spin-orbit-torque magnetization switching due to spin Berry curvature generated by minute spontaneous atomic displacement in a Weyl oxide
本研究在单层Weyl氧化物SrRuO3中，通过微小原子位移产生的自旋Berry曲率增强内禀自旋霍尔效应，实现低电流密度下的SOT磁化翻转，为自旋轨道电子学器件提供新途径。
2024-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Berry Curvature Dipole-induced Non-linear Hall Effect in Oxide Heterostructures
本研究提出非中心对称氧化物异质结构作为实现和调控 Berry 曲率偶极子诱导非线性霍尔效应的平台，通过第一性原理计算证明改变金属层数或 B 位阳离子可有效调控 BCD 大小，从而直接工程化非线性霍尔响应。
2025-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Preventing the reconstruction of the polar discontinuity at oxide heterointerfaces
过氧化氢异质外延由于可以组合钙钛矿氧化物结构单元的不同功能而受到广泛关注。外延的一般边界条件是异质界面处存在极性不连续性。这些极性不连续性导致重建，通常在界面处产生新的功能。然而，对于大量的材料，这些重建是不需要的，因为它们改变了界面处的固有材料性质。因此，需要一种策略来消除在界面处的极不连续的这种重建。我们表明，使用成分界面工程可以防止在La0.67Sr0.33MnO3/SrTiO 3（LSMO/STO）界面的重建。在这个界面的极性不连续性可以通过插入一个单一的La0.33Sr0.67O层，从而改善界面磁化和导电性。
2012-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineering polar discontinuities in honeycomb lattices
最近在中心对称立方材料（如LaAlO $_3$和SrTiO $_3$）之间的氧化物界面处观察到了前所未有的迷人现象，其中跨越边界的极性不连续引起极化电荷和电场，其驱动金属-绝缘体转变，在界面处出现自由载流子。这些系统的二维类似物是可能的，蜂窝晶格可以提供一个肥沃的操场，这要归功于它们的多功能性和石墨烯及相关材料的广泛实验工作。在这里，我们提出了不同的现实途径，工程师极性不连续性之间的界面蜂窝晶格，并支持这些建议与广泛的第一性原理计算。两个广泛的方法进行了讨论，这是基于（i）纳米带，其中对真空出现的极性不连续性，和（ii）选择性官能化，其中共价配体被用来工程极性不连续性的选择性或总官能化的母系统。所有被考虑的案例都有可能在超薄和灵活的太阳能设备以及微电子和纳米电子领域提供创新应用。
2014-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Oxide flakes: methods and techniques for properties at interfaces
氧化石墨烯和还原氧化石墨烯是用于光子学和电子器件的有趣材料，其固有特性和作为石墨烯合成的前体两者。无论应用和工程目的如何，都需要精细控制化学和物理性质，因为石墨烯基系统的性能取决于氧化石墨烯的还原状态，并且可以受到界面相互作用和邻近效应的强烈影响。因此，需要一种用于电、电子和化学性质的局部控制的方法。近边X射线吸收精细结构光谱和导电原子力显微镜的协同应用是实现这一目的的一种强有力的方法，可以对简单和复合样品（包括具有介电不连续性的样品）进行全面表征。氧化石墨烯/金（GO/Au）和氧化石墨烯/氧化硅（GO/SiO2）已被选择作为实例的证明。结果表明，该方法允许相关的化学，电子和物理性质的形态特征和局部电导行为。
2014-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Designing spin and orbital sources of Berry curvature at oxide interfaces
本文报告了首个同时具有自旋和轨道来源Berry曲率的材料系统，即沿[111]方向生长的LaAlO$_3$/SrTiO$_3$界面，通过反常平面霍尔效应和非线性霍尔效应独立探测了这两种BC源，为在单一材料中结合自旋电子学和光电电子学功能提供了可能。
2023-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coupling charge and topological reconstructions at polar oxide interfaces
在氧化物异质结构中，不同的材料被集成到单个人工晶体中，导致异质界面上的反转对称性的破坏。一个值得注意的例子是极性和非极性材料之间的界面，其中化合价的不连续性导致否则无法获得的电荷和自旋状态。这种方法为发现大量成分中不存在的许多非常规性质铺平了道路。然而，控制相关氧化物中电子波函数的几何结构仍然是一个公开的挑战。在这里，我们创建异质结构组成的SrRuO $_3$，巡回铁磁体托管的Berry曲率的动量空间源，和LaAlO $_3$，极性宽带隙绝缘体。透射电子显微镜揭示了原子级尖锐的LaO/RuO $_2$ /SrO界面配置，导致多余的电荷被钉扎在LaAlO $_3$ /SrRuO $_3$界面附近。我们证明，通过磁光特性，理论计算和运输测量的实空间电荷重建修改的动量空间贝里曲率SrRuO $_3$，驱动重组的能带结构中的拓扑电荷。我们的研究结果说明了氧化物的拓扑结构和磁性特征可以通过在氧化物界面处的工程电荷不连续性来操纵。
2021-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum Wells in Polar-Nonpolar Oxide Heterojunction Systems
我们解决的情况下，非极性BaVO $_3$井包围的极性LaTiO $_3$障碍的极性-非极性氧化物异质结系统中的量子阱的电子结构。我们的讨论是基于密度泛函的描述使用本地自旋密度近似与本地相关修正（LSDA+U）。我们得出结论，各种不同的二维电子系统可以发生在绝缘材料之间的界面上取决于带线和极性不连续的几何排列。
2009-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Large magnetoresistance and non-zero Berry phase in the nodal-line semimetal MoO2
我们进行了电子能带结构和费米面的计算，以及测量的纵向电阻率rhoxx（T，H），霍尔电阻率rhoxy（T，H）和量子振荡的磁化强度作为温度的函数在不同的磁场与单斜晶体结构的MoO 2。能带结构计算表明，在忽略自旋轨道耦合的情况下，MoO 2是一种半金属结构。结果发现，在2 K和9 T下，大的磁阻达到5.03x10^4%，其接近二次场依赖性和场诱导的rhoxx（T）上转行为，许多拓扑非平凡以及平凡半金属的共同特征，也出现在MoO 2中。所观察到的属性归因于一个完美的电荷载流子补偿，证明了两个计算依赖于费米表面拓扑结构和霍尔电阻率测量。磁场沿电流方向的负磁电阻和de Haas-van Alphen测量中的非零Berry相的观察表明MoO 2中出现了Weyl点对，这可能是由于晶体对称性破缺所致。这些结果突出了MoO 2作为研究氧化物拓扑性质的新平台材料。
2020-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Polar discontinuities and interfacial electronic properties of Bi$_2$O$_2$Se on SrTiO$_3$
本研究通过第一性原理计算，揭示了极性不连续性和界面接触构型对Bi$_2$O$_2$Se/SrTiO$_3$界面电子特性的调控规律，为该异质结的功能设计与应用提供了理论依据。
2023-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of two-dimensional electron gases at oxide interfaces: insights from theory
氧化物薄膜对界面和表面极性不连续性的响应由于其引起的各种有趣的效应而产生了巨大的活性。一个恰当的例子是在LaAlO 3和SrTiO 3之间的界面处发现了电子气，该电子气已经被证明是准二维的、可切换的、磁性的和/或超导的。尽管有这些发现，二维电子气的起源仍然存在很大争议，并且仍然存在几种可能的机制。在这里，我们回顾了主要提出的机制，并试图以定量的方式模拟预期的效果，更好地约束什么效果可以/不能解释所观察到的现象学的野心。我们这样做的现象学模型的框架内理解电子和/或氧化还原屏蔽氧化物异质结构中的化学电荷。我们还讨论了混合的效果，既保存和不保存的总化学计量。
2014-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Out-of-plane Polarization in Two-dimensional Bi2O3 Monolayers Predicted by an AI-driven Inverse-design Workflow
Ningbo University（宁波大学）；Shanghai Dianji University（上海电机学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本研究结合逆向设计、机器学习原子间势与第一性原理计算，预测出两种具有大面外极化的新型二维Bi₂O₃极性单层，为高极化二维氧化物设计提供了新方向。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Quantum spin Hall effect in rutile-based oxide multilayers
二维电子结构中的狄拉克点是拓扑电子态的来源，因为它们维持着$\pm π$ Berry相。在这里，我们表明，两个金红石多层膜（即（WO $_2$）$_2$/（ZrO $_2$）$_n$和（PtO $_2$）$_2$/（ZrO $_2$）$_n$，其中活性双层被夹在一个足够厚的（n = 6是足够的）带绝缘基板，显示半金属狄拉克色散与沿$Γ-M$方向的总共四个狄拉克锥。当引入自旋-轨道耦合时，这些变得带隙，从而产生包括四个边缘状态的绝缘基态。我们讨论了缺乏拓扑保护的山谷自旋陈数和狄拉克点的重数的起源。我们用一个模型哈密顿量表明，镜像对称破缺能够产生一个量子相变到一个强拓扑绝缘体，每个边缘有一个单一的Kramers对。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signatures of symmetry-stabilized Dirac fermions in correlated oxide CaNbO3 thin films
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Kyung Hee University（庆熙大学）；Pusan National University（釜山国立大学）；Florida State University（佛罗里达州立大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Gachon University（嘉泉大学）
该研究以关联氧化物CaNbO3薄膜为对象，利用氧八面体旋转调控对称性，通过对比不同应变薄膜的输运特性与理论计算，证实其存在对称稳定的狄拉克费米子，为拓扑电子态工程提供了新调控手段。
2026-10-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Rashba spin-orbit interaction induced modulation of magnetic anisotropy
在过去的几十年里，Rashba自旋轨道耦合（SOC）已经成功地用于量子氧化物界面处奇异现象的出现。在这些系统中，电荷转移，打破对称性和SOC的综合作用产生有趣的界面磁性和输运性质。在这里，我们提供了一个洞察，以控制和调整的CaMnO 3/CaIrO 3为基础的3d-5d氧化物异质结构的界面现象的电荷转移驱动的Rashba SOC。在这些倾斜的反铁磁异质结构中的异常霍尔效应源于与电子能带结构的拓扑结构的本征贡献，它主要局限于界面。Rashba SOC重构了Berry曲率，并将反常霍尔电导率提高了两个数量级。从各向异性磁阻测量，我们表明，Rashba SOC是有助于定制磁各向异性，磁化易轴旋转从面外方向的面内方向。调谐Rashba SOC和所产生的竞争磁各向异性的能力提供了一种操纵电子能带结构的途径，用于自旋轨道电子学应用中有用的非平凡自旋织构的起源。
2022-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Large anomalous Hall, Nernst effect and topological phases in the 3d-4d/5d based oxide double perovskites
本文通过第一性原理DFT计算研究稳定的3d-4d/5d双钙钛矿，揭示镜面、费米能附近拓扑能带交叉及5d-t$_{2g}$态对大反常霍尔和能斯特效应的关键作用。
2022-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Probing Quantum Confinement and Electronic Structure at Polar Oxide Interfaces
在各种器件的研究和应用中，两种不同材料之间的界面处发生的极性不连续性既是挑战也是机遇。为了消除这种结构中出现的大电场，通过化学修饰、吸附物或电荷转移在界面处重新配置电荷分布。在后一种情况下，可以预期一种材料的局部电子掺杂：一个闪烁的例子是一旦被极性LaAlO $_3$层覆盖，在SrTiO $_3$中出现的二维电子液体（2DEL）。在这里，我们表明，通过化学成分调整（La，Al）$_{1-x}$（Sr，Ti）$_x$ O $_3$（LASTO：$x$）覆盖层的形式极化修改了SrTiO $_3$中的2DEL的量子限制及其电子能带结构。对超导场效应器件在磁场中的行为的分析表明，与$ab\ initio$计算和自洽Poisson-Schr dinger模型相一致的是，不同对称性的电子带之间的量子限制和能量分裂强烈地依赖于界面电荷密度。这些结果不仅有力地支持了极性不连续机制与完全电荷转移来解释起源的2DEL在著名的LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$界面，但也展示了一个有效的工具，在氧化物界面的电子结构剪裁。
2018-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Chemical control of polar behavior in bicomponent short-period superlattices
使用第一性原理密度泛函计算，我们研究了铁电性和极性不连续性的范围内的1-1氧化物超晶格，铁电性和顺电组件建成的相互作用。已经进行了研究，以选择不同的组分化学组成。我们发现，当存在极性界面时，即使铁电体只有一个晶胞厚，极性不连续也会引起铁电体层的偏心运动。扭曲产生不可切换的极化，与相应的散装铁电体的幅度相当。相反，在界面处没有极性不连续的超晶格中，铁电层中的偏心运动通常被抑制。的行为和功能特性的细节，然而，被发现是敏感的外延应变，旋转不稳定性和二阶Jahn-Teller活动，因此强烈的影响由顺电层的化学成分。
2010-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Group-I lead oxide X$_2$PbO$_3$ (X=Li, Na, K, Rb, and Cs) glass-like materials for energy applications: A hybrid-DFT study
本文采用杂化DFT与Boltzmann输运理论研究X$_2$PbO$_3$类玻璃材料，验证其稳定性并评估压电及热电性能，发现ZT可达0.3–0.63。
2025-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Interface and Strain Control of Emergent Weyl Semimetallic Phase in SrNbO$_{3}$/LaFeO$_{3}$ Heterostructures
Institute of Physics, Bhubaneswar（布巴内斯瓦尔物理研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Center for Atomistic Modelling and Materials Design, Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院原子建模与材料设计中心）；Condensed Matter Theory and Computational Lab, Department of Physics, Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院物理系凝聚态理论与计算实验室）；Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay（阿尔伯特·费特实验室，法国国家科学研究中心，泰雷兹，巴黎萨克雷大学）；School of Basic Sciences, Indian Institute of Technology Bhubaneswar（布巴内斯瓦尔印度理工学院基础科学学院）；School of Physical Sciences, National Institute of Science Education and Research（国立科学教育与研究学院物理科学学院）；Peter Grünberg Institute, Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心彼得·格林伯格研究所）；Department of Physics, Indian Institute of Science Bangalore（班加罗尔印度理工学院物理系）
研究通过应变控制和界面设计，在SrNbO$_3$/LaFeO$_3$异质结中实现Weyl半金属相，揭示了界面畸变和应变在稳定Weyl相中的关键作用。
2026-04-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interface-driven topological Hall effect in SrRuO$_3$-SrIrO$_3$ bilayer
电子输运与磁性的耦合近年来引起了人们的关注，例如由于动量空间中的Berry相引起的反常霍尔效应。另一种非传统的霍尔效应--拓扑霍尔效应，起源于实空间的Berry相，最近在磁skyrmions的背景下变得非常重要。在由铁磁SrRuO $_3$和顺磁SrIrO $_3$组成的双层膜中，我们在很宽的温度和磁场范围内观察到了拓扑霍尔效应。拓扑项随SrRuO $_3$厚度的增加而迅速减小，最终在7个SrRuO $_3$晶胞处完全消失.结合模型计算，我们认为这种拓扑霍尔效应是由SrIrO $_3$的反转对称破缺和强自旋轨道耦合引起的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用驱动的.这种相互作用预计将实现内尔型磁skyrmion，其大小估计为$\sim$ 10 nm的拓扑霍尔电阻率的大小。结果表明，高质量的氧化物界面使我们能够调整系统的手性;这可能是迈向未来拓扑电子学的一步。
2016-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Revisiting Ferroelectricity Beyond Polar Space Groups
Westlake University（西湖大学）；Institute of Natural Sciences, Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院自然科学研究院）
本文基于极性电学现象的最新发现，探讨了极性空间群之外的极化现象，通过 Berry 阶段现代极化理论重新统一了极化现象的定义，强调了非极性晶体中极化变化的多值性及拓扑定义的氧化态在理解极化变化中的作用。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial inversion of spontaneous polarization in ε-Ga2O3
Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学）；The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
本研究通过衬底工程实现ε-Ga2O3自发极化矢量的确定与宏观极性控制，建立原子构型识别标准，在AlN和蓝宝石上分别获得均匀Ga极性和O极性外延，为极化电子学奠定基础。
2026-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
