Finding new collective electronic states in materials is one of the fundamental goals of condensed matter physics. Atomic-scale superlattices formed from transition metal oxides are a particularly appealing hunting ground for new physics. In bulk form, transition metal oxides exhibit a remarkable range of magnetic, superconducting, and multiferroic phases that are of great scientific interest and are potentially capable of providing innovative energy, security, electronics and medical technology platforms. In superlattices new states may emerge at the interfaces where dissimilar materials meet.
Here we illustrate the essential features that make transition metal oxide-based heterostructures an appealing discovery platform for emergent properties with a few selected examples, showing how charge redistributes, magnetism and orbital polarization arises and ferroelectric order emerges from heterostructures comprised of oxide components with nominally contradictory behavior with the aim providing insight into the creation and control of novel behavior at oxide interfaces by suitable mechanical, electrical or optical boundary conditions and excitations.
Charge transfer and competing symmetry breaking drive orbital reconstruction and emergent ferromagnetism in insulating oxide superlattices
Indian Institute of Science（印度科学学院）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器中心）；ALBA Synchrotron Light Source（阿尔巴同步辐射光源）；Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室先进光子源）
Emergent Spin-Filter at the interface between Ferromagnetic and Insulating Layered Oxides
我们报道了界面感应磁化对铁磁锰氧化物La $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$ MnO $_{3}$和绝缘铜酸盐PrBa $_{2}$ Cu $_{3}$ O $_{7}$组成的磁性隧道结输运性质的强烈影响。与通常观察到的隧道磁阻随温度降低而稳定增加相反，该系统在低温下表现出突然的异常降低。有趣的是，这种异常行为可以归因于锰氧化物接触的正自旋极化和界面诱导的Cu磁化的负自旋过滤器效应之间的竞争。
Emergent odd-parity multipoles and magnetoelectric effects on a diamond structure: implication to 5$d$ transition metal oxides $A$OsO$_4$ ($A=$ K, Rb, and Cs)
我们报告了我们的理论预测的线性磁电（ME）效应起源于奇宇称多极与自发自旋和轨道有序的金刚石结构。我们推导出一个双轨道模型的$d$电子在$e_g$轨道，包括有效的自旋轨道耦合，这是由于$e_g$和$t_{2g}$轨道之间的混合。我们发现，一旦交错的自旋和轨道顺序自发发生，该模型获得一个净反对称自旋轨道耦合。交错的顺序伴随着奇宇称多极子：磁单极子，四极子和环形偶极子。我们根据自旋和轨道阶的对称性对奇宇称多极子的类型进行了分类。此外，通过使用线性响应理论计算的ME张量，我们表明，交错阶诱导各种线性ME响应。我们详细阐述了所有可能的ME响应，每个交错的顺序，这是有用的，以确定序参数和检测奇奇偶多极子通过测量ME效应。我们还阐明了降低对称性的影响，由一个tetravelet失真，这导致更丰富的ME响应。我们的研究结果的影响进行了讨论，为$5d$过渡金属氧化物，$A$ OsO $_4$（$A=$ K，Rb和Cs），其中的顺序参数没有完全确定。
Hidden Charge Order in an Iron Oxide Square-Lattice Compound
自从五十多年前穆斯堡尔谱学在FeO $_2$正方晶格化合物Sr $_3$ Fe $_2$ O $_7$中发现电荷双反以来，尽管有许多X射线和中子散射研究，双反电荷的空间有序模式对传统衍射探针仍然是“隐藏的”。我们用中子拉莫尔衍射和Fe K边共振X射线散射证明了在FeO $_2$平面中的棋盘电荷序，当加热到332 K以上时，该棋盘电荷序在尖锐的二级相变处消失。由于层间相互作用受阻，棋盘格图案的堆叠无序加宽了相应的超结构反射，大大降低了它们的振幅，从而解释了常规探针难以检测到它们的原因。我们讨论了这些研究结果的影响，在其他材料的“隐藏顺序”的研究。
Emergent charge-2$e$ carriers well hidden from electronic band structures
School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control (Ministry of Education)（人工结构与量子控制教育部重点实验室）；Shanghai Branch, Hefei National Laboratory（合肥国家实验室上海分部）
Emergent Dynamic Magnetic Ground State in a Mixed 3d/5d Heavy Fermion System CaCu3Ir4O12
ISIS Neutron and Muon Source, STFC, Rutherford Appleton Laboratory（ISIS中子与缪子源，STFC，拉瑟福德阿普尔顿实验室）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（北京凝聚态物理国家实验室，中国科学院物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Highly Correlated Matter Research Group, Physics Department, University of Johannesburg（约翰内斯堡大学物理系强关联物质研究组）
Insulator-to-Metal Transition via Magnetic Reconstruction at Oxide Interfaces
CAS Key Laboratory of Magnetic Materials and Devices, Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院磁性材料与器件重点实验室，宁波材料技术与工程研究所）；Zhejiang Province Key Laboratory of Magnetic Materials and Application Technology, Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences（浙江省磁性材料与应用技术重点实验室，宁波材料技术与工程研究所）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；Eastern Institute of Technology（东方理工学院）；International Research Centre Magtop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心）；CNR-SPIN, UOS Salerno（意大利国家研究委员会自旋中心萨莱诺联合实验室）；Photon Science Division, Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所光子科学部）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电工程技术中心）
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）
Dimensionality-Driven Electronic and Orbital Transitions Mediating Interfacial Magnetism in LaNiO3/CaMnO3 Observed In Situ
Temple University（天普大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Cornell University（康奈尔大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Rutgers University（罗格斯大学）；Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室先进光源中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY（德国电子同步辐射中心）；CNR-IOM Istituto Officina dei Materiali（意大利国家研究委员会材料研究所）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；AREA Science Park（AREA科学园）；Columbia University（哥伦比亚大学）
Emergent excitation at the magnetic metal-insulator transition in the pyrochlore osmate Cd2Os2O7
5d氧化物表现出的丰富物理学超出了用于成功解释3d氧化物的电子和磁性的Mott-Hubbard范式。在增加带宽和降低电子相关性的限制下，强自旋轨道耦合（SOC）在多大程度上驱动了新电子态的形成，如通过金属-绝缘体跃迁（MIT）的存在所表现的那样。SOC被认为在5d 5系统中起主导作用，例如虹彩酸盐（Ir 4+），经历可能与或可能不与磁序密切相关的MIT，烧绿石和钙钛矿系统分别是前者和后者的示例。然而，SOC对于其他5d配置的作用不太清楚。例如，5d3（例如Os 5+）系统预计具有轨道单线态，因此在基态SOC的影响降低。然而，烧绿石锇酸盐Cd 2 Os 2 O 7表现出与烧绿石铱酸盐类似的现象与磁序密切相关的MIT。在这里，我们报告的第一个共振非弹性X射线散射（RIXS）测量的锇化合物，使我们能够确定显着的电子和磁能量尺度控制MIT在Cd 2 Os 2 O 7，我们基准对详细的量子化学计算。特别是，我们揭示了出现在麻省理工学院的磁激发对应于多个自旋翻转过程的叠加，从伊辛样的全进/全出磁基态。我们讨论了我们的研究结果方面的作用，SOC在磁介导的MITs在5D系统
Perspective: Strongly correlated and topological states in [111] grown transition metal oxide thin films and heterostructures
我们强调了最近的进展，在[111]取向的过渡金属氧化物薄膜和异质结构，这是出了名的难以实现相比，他们的[001]取向的对应物的强关联和拓扑状态的理论，材料制造和实验表征。我们专注于两类复杂的氧化物，具有化学式ABO 3和A2 B2 O 7，其中B位点被具有局部矩的开壳过渡金属离子占据，A位点通常是稀土。由这些母体复合晶格衍生出的[111]取向准二维晶格可以表现出特殊的几何和对称性，即屈曲的蜂窝晶格，以及kagome和三角晶格。这些晶格基序形成了以奇异磁性、各种形式的轨道有序、拓扑绝缘体、拓扑半金属、量子反常霍尔绝缘体和量子自旋液体表示的突现强关联和拓扑态的基础。对于具有高原子序数的过渡金属离子，自旋-轨道耦合起着重要作用，并且可能在电子能带结构和磁激发光谱中产生额外的拓扑特征。我们通过阐述这一积极发展领域的开放挑战和机遇来结束展望。
Emergent flat-band physics in $d^{9-δ}$ multilayer nickelates
最近的实验表明，形式为RE $_{p+1}$ Ni $_p$ O $_{2p+2}$的还原多层稀土（RE）镍氧化物可能属于超导镧系镍酸盐的新家族。本文采用改进的真实多体框架研究了Pr $_{4}$ Ni $_3$ O $_{8}$和Nd $_{6}$ Ni $_5$ O $_{12}$的相关电子结构。结果表明，Ni- $d_{x^2-y^2}$和Ni- $d_{z^2}$自由度的相互作用决定了这两个体系的低能物理性质.虽然Ni- $d_{x^2-y^2}$轨道总是在（轨道选择性）Mott绝缘区域附近高度相关，但Ni- $d_{z^2}$轨道产生有趣的非色散特征。在低温下，Pr化合物在费米能级上仍表现出类似量子点的Ni- $d_{x^2-y^2}$衍生态，但Nd化合物的相互作用费米能级被Ni- $d_{z^2}$控制的平带所掩盖.这些发现很好地转化为以前的表征掺杂的无限层镍酸盐，因此进一步使一种非常规的超导机制的情况下，这是从一个不同的高- $T_{\rm c}$铜酸盐。
New Materials, New Functionalities: Molecular Beam Epitaxy of Ultra-High Conductivity Oxides
Western Michigan University（西密歇根大学）；University of Delaware（特拉华大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Rutgers, The State University of New Jersey（新泽西州立罗格斯大学）
