Multiferroic and magnetoelectric nature of GaFeO3, AlFeO3 and related oxides
GaFeO_3、AlFeO_3及相关氧化物具有亚铁磁性，表现出磁介电效应。迄今为止，还没有证据表明这些氧化物具有铁电性和多铁性。我们已经研究了这些氧化物以及氧化物的组成Al 1-x-yGaxFe 1 + yO 3（x = 0.2，y = 0.2）可能的铁电性进行热释电测量。这些测量建立了在这些氧化物中在低于Nèel温度的低温下发生铁电性。它们还表现出显著的磁电效应。我们试图通过进行第一性原理计算来理解基于非中心对称磁有序和无序的铁电性的起源。
2012-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Periodicity-dependence of the ferroelectric properties in BiFeO3/SrTiO3 multiferroic superlattices
采用脉冲激光烧蚀法在（100）取向SrTiO 3衬底上制备了由多铁性BiFeO 3和绝缘层SrTiO 3组成的人工超晶格（BiFeO 3）m（SrTiO 3）m（m= 1 ~ 10）。研究了周期性（8- 80 A）变化的超晶格的剩余极化和漏电流行为。与单层BiFeO 3薄膜相比，随着周期的增加，漏电流降低了几个数量级。减少泄漏和固有的极化滞后被观察到，并证实了PUND分析的周期在20- 60 A的范围内。漏电流主要由空间电荷限制的导电决定
2007-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-pressure cupric oxide: a room-temperature multiferroic
多铁性材料，其中铁电和磁有序共存，是发展的多态存储器器件，允许电写入和非破坏性的磁读出操作的基本兴趣。最大的挑战是制造在室温下工作并具有大铁电极化P的多铁性材料。氧化铜CuO由于其大P ~ 10^{2} μC.m^{-2}而有希望，但不幸的是仅在20 K的温度范围内（从210到230 K）是多铁性的。在这里，使用结合的密度泛函理论和蒙特卡罗计算，我们建立了压力驱动的相竞争诱导的CuO的多铁性相，在20-40 GPa变得稳定在一个域大于300 K，从0到T > 300 K的巨稳定。因此，在高压下，CuO被预测为具有大极化的室温多铁性。
2013-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring of ferromagnetic Pr0.85Ca0.15MnO3/ferroelectric Ba0.6Sr0.4TiO3 superlattices for multiferroic properties
采用脉冲激光沉积法在（100）SrTiO 3衬底上制备了由铁磁Pr0.85Ca0.15MnO3和铁电Ba0.6Sr0.4TiO3组成的超晶格。从复阻抗测量分析样品的电容和电阻部分，使用特殊的实验装置对样品进行测量。具有较大铁电厚度的超晶格显示出在母体铁磁薄膜中不存在的独特特性。超晶格同时具有铁磁和铁电相变，这是铁磁和铁电性质共存的证据。超晶格表现出的高磁电阻（80 K时为40%）可归因于铁磁层和铁电层之间的耦合，即磁电效应。
2004-09-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
3D oxygen vacancy order and defect-property relations in multiferroic (LuFeO$_3$)$_9$/(LuFe$_2$O$_4$)$_1$ superlattices
研究多铁性 (LuFeO$_3$)$_9$/(LuFe$_2$O$_4$)$_1$ 超晶格，利用原子探针断层扫描揭示三维氧空位有序结构，证明其对室温多铁性的关键作用并建立原子级缺陷量化方法。
2023-06-30 cond-mat.mtrl-sci
The role of ferroelectric-ferromagnetic layers on the properties of superlattice-based multiferroics
利用脉冲激光沉积技术在（100）SrTiO_3上生长了一系列由铁磁层、铁电层或顺电层组成的超晶格和三层结构。研究了它们的结构和磁电性能。由铁磁Pr 0.85 Ca 0.15 MnO 3（PCMO）和铁电体即Ba 0.6 Sr 0.4 TiO 3（BST）或BaTiO 3制成的超晶格在高施加的磁场下显示出增强的磁阻（MR），而在Pr 0.85 Ca 0.15 MnO 3/SrTiO 3超晶格中不存在这种增强，这清楚地证明了铁电体层在这种增强的MR中的优势作用。在PCMO/BST的三层中没有增强的MR表明在这些系统中导致MR的磁电耦合在多层中比在它们的三层对应物中更强。
2005-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Correlation between structure and properties in multiferroic La$_{0.7}$Ca$_{0.3}$MnO$_3$/BaTiO$_3$ superlattices
在720 $^o$ C温度下，采用脉冲激光沉积法在SrTiO $_3$上生长了由铁磁材料La $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$ MnO $_3$（LCMO）和铁电材料BaTiO $_3$（BTO）组成的超晶格.虽然从X射线衍射研究中提取的超晶格的面外晶格参数被发现依赖于BTO层厚度，但面内晶格参数几乎是恒定的。通过常规sin $^2ψ$方法检查菌株的进化、其性质及其在样品中的分布。讨论了结构变化对超晶格物理性质的影响，以及应变在超晶格中诱导多重铁性的可能作用。
2005-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning the magneto-electrical properties of multiferroic multilayers through interface strain and disorder
设计和制造了化学工程超晶格，以诱导不同的生长机制和结构特性。采用直流溅射法生长铁磁（La $_{0.8}$ Ba $_{0.2}$ MnO $_3$）/铁电（Ba $_{0.25}$ Sr $_{0.75}$ TiO $_3$或BaTiO $_3$）超晶格。我们系统地修改了铁磁层的厚度，以分析不同结构特征的超晶格的尺寸和结构效应。用X射线衍射和透射电子显微镜表征了晶体结构。利用超导量子干涉仪（SQUID）对样品的磁性和电子学性质进行了研究。结果表明，应变和结构无序都能显著影响体系的物理性质。压缩应变倾向于增加降低样品的铁磁性的磁相互作用与通过电子-声子相互作用的载流子的局域化之间的竞争。拉伸应变降低了载流子的局部化，提高了铁磁转变温度。结构缺陷对磁性的影响比对输运性质的影响更大，降低了铁磁转变温度，同时增加了超晶格的磁硬度。这些结果有助于进一步理解应变和界面效应在锰氧化物基多铁性体系磁性和输运性质中的作用。
2020-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Engineering charge ordering into multiferroicity
多铁性材料引起了人们极大的兴趣，但在自然界中是罕见的。在许多过渡金属氧化物中，电荷有序和磁性有序共存，因此将电荷有序材料工程化为铁电材料的方法将导致一大类多铁性材料。我们提出了一种设计新的铁电甚至多铁性材料的策略，通过在每两层电荷有序材料中插入一个间隔层，人工制造超晶格。在此演示的模型的一个实例是钙钛矿（LaFeO $_3$）$_2$ /LaTiO $_3$（111）超晶格，其中LaTiO $_3$层充当施主和间隔层，并且LaFeO $_3$层是半掺杂的并且执行电荷排序。电荷有序化和间隔层的协同作用打破了空间反转对称性，导致了大的铁电极化。由于电荷有序也导致亚铁磁结构，因此（LaFeO $_3$）$_2$ /LaTiO $_3$是多铁性的。预计这项工作可以鼓励设计和实验实现一个大类的多铁性结构与新的性能。
2016-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Magnetocapacitance effect in perovskite-superlattice based multiferroics
报道了用脉冲激光沉积技术在（001）取向SrTiO $_3$上生长的La $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$ MnO $_3$ /BaTiO $_3$超晶格的结构和磁电性能。磁滞回线和随温度变化的磁性能显示出明确的矫顽力和磁转变温度（T $_C$）\symbol{126} 140 K。薄膜的$DC$电学研究表明，BaTiO $_3$薄膜的磁电阻（MR）与薄膜的厚度有关，在100 K时，薄膜的负$MR$高达30%. $AC$电学研究表明，由于这些结构中的磁电耦合-多铁性的一个关键特征，这些膜中的阻抗和电容随所施加的磁场而变化。该薄膜在1 kHz和100 K下的负磁电容值高达3%/特斯拉，为设计新型功能材料开辟了道路。
2005-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Boosting spin-orbit torque efficiency in spin-current generator/magnet/oxide superlattices
磁性材料的有效操纵对于自旋电子学至关重要。在自旋电流发生器/磁体双层中，每磁性层厚度的自旋-轨道转矩的效率与磁性层厚度成反比，导致在具有大磁性层厚度的应用中的相当大的功率增加。在这里，我们开发了一个3D自旋轨道材料方案，其中自旋力矩效率可以显着提高堆叠[自旋电流发生器/磁体/氧化物]n超晶格，与氧化物层打破反转对称。相比之下，自旋力矩减少[自旋电流发生器/磁铁]n超晶格缺乏反转对称性破缺。这些结果推进磁多层膜中的自旋轨道力矩的理解，并建立自旋电流发生器/磁体/氧化物超晶格作为开发高能效，高耐久性和高密度自旋电子存储器和计算的有利砖块。
2022-11-25 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
Multiferroic Iron Oxide Thin Films at Room-Temperature
尽管与新一代信息存储器件的开发高度相关，但在室温以上显示磁性和铁电性顺序的单相材料并不多。此外，这些不常见的材料通常在铁电顺序之一中显示出不显著的磁矩值，或者是复杂的多组分氧化物，这将非常具有挑战性地集成到设备中。在这里，我们报告的战略，以稳定的亚稳ε-Fe 2 O3的薄膜形式，我们表明，除了其已知的亚铁磁性的性质，薄膜也是铁电在300 K的反射极化1微C/cm 2。薄膜极化显示出长的保留时间，并可以在小的施加电压下切换。这些特性使得ε-Fe 2 O3成为第一个在室温下具有铁磁性和铁电性的单离子过渡金属氧化物。这种新的多铁性氧化物的简单组成和其薄膜生长的稳健路径的发现可能会促进新型器件中的ε-Fe 2 O 3的开发。
2014-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in artificial bicolor oxide superlattices
我们报告的高品质的双色氧化物超晶格的生长和性能，由两个钙钛矿的钛酸钡，钛酸钡，钛酸钙，和钛酸锶。人工生长的超晶格在结构上是独特的，并且具有宏观上均匀的相，这是不可行的，以块体形式重建。通过人工结构化，发现与具有相同总体组成的伪二元陶瓷相比，这种超晶格的极化可以大大增加。超晶格中这种强烈的增强归因于由于静电和弹性相互作用的界面耦合而在异质界面处的A位阳离子的新发展的离子运动，这在单相材料中是找不到的。
2007-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic interfaces composed of d0 perovskites oxides
我们采用传统的密度泛函理论和先进的密度泛函理论HSE 06研究了KTaO 3/PbTiO 3界面的电子、铁电和磁性。我们发现，掺杂的价带中的空穴或导带中的电子引起的界面处的铁磁性。铁磁态是空穴掺杂（p型）和电子掺杂（n型）界面的基态，与它们相应的铁磁态和反铁磁态相比。载流子（空穴或电子）集中在界面附近以屏蔽极化电荷，因此载流子浓度随铁电极化而变化。此外，界面磁化，这是几乎成正比的载流子浓度，可以通过铁电极化反转调谐，导致在原来的KTaO 3和PbTiO 3的界面强的本征磁电效应。有趣的是，通过外加电场调谐的铁磁-铁磁转变可以在p型界面处实现。这表明了一种具有启发性的方法，超越传统的单相多铁性和多相多铁性，如铁电/铁磁异质结构的多铁性材料。KTaO_3/PbTiO_3界面在未来的多铁性器件中有着广阔的应用前景。
2014-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Dynamics of Phase Separation Domains in GdMn2O5 and Gd0.8Ce0.2Mn2O5 Multiferroics
研究了GdMn_2O_5和Gd_（0.8）Ce_（0.2）Mn_2O_5中孤立相分离畴的磁性能和磁动力学特性。这些域表示由电介质和导电层组成的1D超晶格，其自旋具有铁磁取向。研究了一组分离的超晶格层的铁磁共振。一维超晶格的性质在GdMn2O5和Gd0.8Ce0.2Mn2O5的性能进行了比较与以前研究的RMn2O5（R = Eu，Tb，Er，和Bi）系列。所有的RMn2O5化合物与不同的R离子类型的属性的相似性。基于铁磁多层膜的磁动力学和半导体超晶格的性质，建立了RMn_2O_5超晶格的一维模型。
2017-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Solution Processed Large-scale Multiferroic Complex Oxide Epitaxy with Magnetically Switched Polarization
具有可调结构的复合氧化物具有许多迷人的特性，但精确控制成分的高质量复合氧化物外延仍然遥不可及。在此，我们成功地进行了大面积溶液基单晶外延生长（1-x）BiTi（1-y）/2FeyMg（1-y）/2 O3-（x）CaTiO 3（BTFM-CTO）多铁性固溶体，证实了其原子尺度的铁电性，自发极化强度为79~ 89 uC/cm 2。仔细的成分调整导致在室温下的~0.07uB/Fe的体磁化强度，使得磁感应极化开关表现出2.7- 3.0 × 10 -7s/m的大磁电系数。这项工作展示了溶液处理在大规模复杂氧化物外延中的巨大潜力，并在外延BTFM-CTO薄膜中建立了新型的室温磁电耦合，使得有可能探索更宽的成分，相和结构空间，可以很容易地扩大到工业应用。
2019-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Origin of ferroelectricity and multiferroicity in binary oxide thin films
在二元氧化物薄膜中观察到铁电、铁磁和铁弹相引起了科学家和工程师的广泛兴趣。然而，所观察到的行为的物理性质的理论考虑主要是从第一性原理的HfO 2薄膜，并在朗道-金兹伯格-德文郡（LGD）的唯象方法的框架中，特别注意在这两种情况下的氧空位的作用。考虑到LGD理论的一般性，我们在这项工作中将其应用于二元氧化物组。已经在假设氧空位作为弹性偶极子可以由于缺陷位点诱导的和/或表面诱导的反转对称性破缺（经由例如压电效应）而部分地转变成电偶极子并且可以“迁移”超薄膜的整个深度的情况下执行了计算。计算了室温下不同膜厚下薄膜极化随外加电压的变化关系。由于许多二元氧化物膜是铁电和铁磁的，由于相同的氧空位，它们可以是多铁性的。计算表明，二元氧化物薄膜是一类新的多铁性材料，具有广泛的物理性质，可用于纳米电子学和纳米技术。通过选择氧空位浓度、膜厚和特殊的工艺处理如退火，可以控制薄膜的性能。
2020-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Emergent topological states via digital (001) oxide superlattices
氧化物异质结构表现出许多有趣的性质。本文提出了在（001）（$AM$ O $_3$）$_1$ /（$AM'$ O $_3$）$_1$氧化物超晶格中诱导多个拓扑态的设计原理。通过第一性原理计算和模型分析，我们证明了（Sr $M$ O3）$_1$ /（Sr $M'$ O $_3$）$_1$超晶格（$M$ = Nb，Ta，$M'$ = Rh，Ir）是一个强拓扑绝缘体，其$Z_2$指数为（1;001）.更值得注意的是，（SrMoO 3）$_1$ /（SrIrO 3）$_1$超晶格表现出多个共存的拓扑绝缘体（TI）和拓扑狄拉克半金属（TDS）态. TDS态在费米能级附近有一对II型狄拉克点，并有一个受保护的狄拉克节点线。在能量-动量空间中，表面TDS狄拉克锥被两个表面TI狄拉克锥夹在中间。非平凡的拓扑性质源于两个不同过渡金属原子的$d$轨道之间的能带反转和（001）超晶格几何的特殊宇称性质。我们的工作演示了如何通过合理的设计在（001）钙钛矿氧化物异质结构中诱导出非平凡的拓扑态。
2022-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Resonant tunneling in a quantum oxide superlattice
共振隧穿是一种量子力学过程，由于其有趣的物理基础和高速电子学的独特应用，长期以来一直吸引着科学和技术的关注。然而，表现出共振隧穿的材料系统在很大程度上仅限于传统的半导体，部分原因是它们具有优异的结晶质量。在这里，我们表明，一个故意设计的过渡金属氧化物超晶格具有明显的负微分电阻的共振隧穿行为。隧道发生通过原子级薄，镧δ-掺杂SrTiO 3层，和负微分电阻上实现的双极电阻开关通常观察到的钙钛矿氧化物结的顶部。这种结合过程导致高电阻状态和低电阻状态之间的电阻比非常大（~10^5）。在原子级薄的δ掺杂氧化物超晶格中发现的前所未有的大控制可以为新型氧化物基高频逻辑器件打开大门。
2015-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Photoconductivity and photo-detection response of multiferroic bismuth iron oxide
我们报道了在预图案化叉指电极上生长的面内BiFeO 3（BFO）薄膜的可见光检测。在42 V的小偏压下，BFO薄膜的光电流与暗电流之比为40：1，光敏能力提高了15000 s（4 h）。近60%的光致载流子在1.0 s内衰减，并遵循双指数衰减模型。在373 K下，光的影响不会显著增加暗电流，可能是由于迁移率降低。亚带隙弱单色光（1 mw/cm 2）显示光载流子增加一倍。
2014-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Effect of ferroelectric layers on the magnetocapacitance properties of superlattices-based oxide multiferroics
采用脉冲激光沉积法在SrTiO $_3$衬底上制备了一系列由铁磁La $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$ MnO $_3$（LCMO）和铁电/顺电Ba $_{1-x}$ Sr $_x$ TiO $_3$（0 $\leq $ x $\leq $ 1）组成的超晶格.获得由具有均匀尺寸的球形丘构成的外延性质的膜。膜的磁输运性质揭示了在145-158 K范围内的铁磁居里温度和高达30%的负磁阻，这取决于用于其生长的铁电层的类型（\QTR{it}{i.e.}的\QTR{it}{x'}值）。还观察到在55 K至105 K的温度范围内的铁电性，这取决于钡含量。更重要的是，膜的多铁性由负磁电容的出现决定，发现其在铁电转变温度附近最大（每\QTR{it}{tesla} 3%）。这些结果是理解的基础上的铁电/顺电层和应变诱导的多重铁性的作用。
2005-11-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Giant directional dichroism of terahertz light in resonance with magnetic excitations of the multiferroic oxide BaCo$_2$Ge$_2$O$_7$
我们建议，同时磁性和铁电性，即多铁性，赋予电活性磁激发（电磁子）的化合物提供了一个关键，以产生大的方向性二向色性长波长的光。利用多铁性氧化物Ba $_2$ CoGe $_2$ O $_7$中铁电极化和磁化的控制，我们证明了这种定向光开关功能在太赫兹频率下与电磁子吸收共振的实现。我们的研究结果表明，这种隐藏的潜力是目前在各种各样的多铁性。
2010-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles study of ferroelectric oxide epitaxial thin films and superlattices: role of the mechanical and electrical boundary conditions
本文综述了铁电氧化物外延薄膜和多层膜的第一性原理研究的最新进展。我们详细讨论了机械和电气边界条件的关键作用，为读者提供了一个简单而直观的理解在许多纳米结构的铁电性能的演变的基本背景。更进一步，我们还强调了这个令人兴奋的领域或研究中有前途的新途径和未来的挑战。
2007-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Combination of informational storage and logical processing based on an all-oxide asymmetric multiferroic tunnel junction
多铁性隧道结（MFTJ）已被证明是自旋电子学器件中有希望的候选材料。MFTJ中的隧道磁阻（TMR）与隧道电阻（TER）之间的耦合可在单个存储器单元中提供四个不同的电阻状态。在这里，我们表明，在一个全氧化物的非对称MFTJ的La0.7Sr0.3MnO3 /PbZr0.2Ti0.8O3 /La0.7Te0.3MnO3（LSMO/PZT/LTMO）与p型和n型电极，观察到本征整流，并可以修改的PZT的铁电极化。由于组合的TMR、TER和二极管效应，在相反的读取偏置下执行两个不同组的四个电阻状态。通过两个并联的非对称结和适当的串联电阻，可以在同一阵列器件中实现逻辑单元和四元存储单元的共存。非对称MFTJ结构使得设计具有更高存储密度、更低能耗和显著提高集成度的下一代多态存储器和逻辑器件具有更多可能性。
2019-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Bi containing multiferroic perovskite oxide thin films
在这项工作中，多铁性薄膜的Bi含钙钛矿氧化物，其中的铁电性的驱动力是Bi 3+孤对电子进行了讨论。首先，简要介绍了含Bi的多铁性钙钛矿氧化物，描述了在这些化合物中建立磁性和铁电有序的机制，并报道了这一领域的一些最新研究进展。第二部分介绍了脉冲激光沉积法生长BiMnO 3、（Bi 0.9La 0.1）2NiMnO 6（BLNMO）和BiFeO 3薄膜的实验研究。第三部分是专门的物理性质，这种薄膜的结构表征和磁性和铁电性能及其相关性的磁电耦合（MEC）的形式。
2014-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Atomic-Scale Characterization of Oxide Interfaces and Superlattices Using Scanning Transmission Electron Microscopy
National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Metallurgical and Materials Engineering Department, Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院冶金与材料工程系）；Renewable and Sustainable Energy Institute, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校可再生与可持续能源研究所）
本文综述了扫描透射电子显微镜在氧化物界面和超晶格研究中的应用，重点介绍了成像、衍射及能谱技术如何揭示结构-性能关系，并讨论了新兴的等离子体制备和人工智能辅助方法。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional Multiferroicity in Cupric Oxide
本文从宏观和微观两个层次对氧化铜在230 K以下的磁相变进行了理论分析。的无公度多铁性和锁定的相称的阶段示出实现一个倒置的序列，相对于通常的序列发生在低温多铁性化合物的破缺机制。较高温度的自旋螺旋相是由耦合的序参数引起的，这些序参数在锁定跃迁到相称的基态相时解耦。表达的顺序参数的功能的磁自旋允许确定的对称性和磁结构的平衡相和微观相互作用引起的极化。
2011-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermally Configurable Multi-Order Polar Skyrmions in Multiferroic Oxide Superlattices
State Key Laboratory of Silicon and Advanced Semiconductor Materials, School of Materials Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学材料科学与工程学院硅与先进半导体材料省部共建国家重点实验室）；Zhejiang Key Laboratory of Advanced Solid State Energy Storage Technology and Applications, Taizhou Institute of Zhejiang University（浙江工业大学储能技术与应用浙江省重点实验室台州研究院）；Institute of Fundamental and Transdisciplinary Research, Zhejiang University（浙江大学基础与交叉科学研究院）；School of Engineering, Hangzhou City University（杭州城市学院工学院）；College of Materials Science and Engineering, Zhejiang University of Technology（浙江工业大学材料科学与工程学院）
通过热调制策略，在多铁氧化物超晶格中稳定多阶极性Skyrmion，实现拓扑阶的可逆调控，为存储设备提供可变拓扑配置方法。
2026-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic oxides-based flash-memory and spin-field-effect transistor
我们提出了一种改进的自旋场效应晶体管制造的二维电子气（2DEG）形成在表面的多铁性氧化物与横向螺旋磁秩序。氧化物局域磁矩的拓扑结构诱导了作用于2DEG的共振动量相关的有效自旋轨道相互作用。我们表明，自旋极化退相强烈抑制，这是至关重要的功能。载流子自旋进动相位与磁螺线螺旋度呈线性关系。后者可通过磁电效应进行电控制。我们也提出了一种基于这种结构的闪存器件。
2009-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kondo effect goes anisotropic in vanadate oxide superlattices
研究了沉积在SrTiO_3（STO）衬底上的SrVO_3/LaVO_3（SVO/LVO）超晶格的输运性质。我们表明，电子导电发生在金属LVO层中，具有典型的2D费米表面的电流磁性。此外，在电阻率和磁阻的热变化中都出现了近藤类成分。令人惊讶的是，在这个系统中，STO接口不有助于测量的传导，近藤校正是强烈的各向异性。我们表明，生长温度允许直接控制这种贡献。最后，揭示了氧空位稳定钒混合价态的关键作用。
2015-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity driven magnetism at domain walls in LaAlO$_3$/PbTiO$_3$ superlattices
除了在某些多铁性材料中，电荷偶极矩和自旋矩很少在单相体材料中共存。尽管在过去的十年里取得了很大的进展，但大多数多铁性材料的磁电性能仍然很差，这是由于电荷偶极子和自旋矩之间的内在排斥。作为一种替代方法，氧化物异质结构可以避开块体材料的本征限制，并提供更有吸引力的潜力来实现磁电功能。本文对LaAlO $_3$ /PbTiO $_3$超晶格进行了第一性原理研究。虽然这两种组分都不是磁性的，但磁矩出现在这些超晶格中的PbTiO $_3$的铁电畴壁处。这种铁电畴和局域磁矩之间的扭曲，不仅表现出一种有趣的多铁性，而且可能有助于纳米异质结构中磁性的电控制。
2015-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversibly Strain Engineering and Electric-Field Control of Crystal Symmetry in Multiferroic Oxides
本研究通过薄膜厚度调控残余应变，在 La 掺杂 BiFeO3 薄膜中稳定反铁电正交相，并实现电场下其与铁电菱方相之间的可逆相变。
2025-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Melting of Polarization Vortices Crystals and Chiral Phase Transitions in Oxide Superlattices
用第二原理方法研究了（PbTiO $_3$）$_n$ /（SrTiO $_3$）$_n$超晶格中极化涡旋的平衡排列.我们发现，在低温下，极化涡组织在一个规则的安排，顺时针和逆时针方向的旋涡交替的位置，从而导致一个晶体状的结构，具有明确的手性。这种手性晶体在临界温度$T_\mathrm{M}$下熔化成手性液体，其中长程序丢失，但手性保留。在甚至更高的温度下，$T_\mathrm{C}$，发生第二个相变，在此极化涡旋的手性液体失去其旋向性。这两种相变都可以通过适当选择序参量来识别。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarization coupling in multiferroic transition-metal oxides
本文对莫特绝缘过渡金属氧化物的所有电子组态提出了系统的磁感应铁电性和晶格调制的微观理论。强耦合微扰理论的各种机制的极化。特别是，自旋-轨道相互作用的配位体p轨道被证明给铁电极化的自旋电流的形式，这起着至关重要的作用，特别是在EG系统。与多铁性TbMnO 3的半定量协议。通过对X射线和中子散射实验的预测，阐明了不同材料中自旋极化耦合的微观机制。
2007-01-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Design of a Mott Multiferroic from a Non-Magnetic Polar Metal
我们结合密度泛函和动力学平均场论研究了新发现的“铁电”金属LiOsO $_3$的电子性质。我们发现，该材料是接近莫特转变和电子相关性可以调整工程莫特多铁性态的1/1超晶格的LiOsO $_3$和LiNbO $_3$。通过电子结构计算，预测了（LiOsO $_3$）$_1$ /（LiNbO $_3$）$_1$超晶格是一种I型多铁性材料，其铁电极化率为41.2 $μ$ C cm $^{-2}$，居里温度为927，K，Néel温度为671，K.我们的研究结果支持了一个路线走向高温多铁性，\emph{i.e.}，驱动非磁性\emph{polar metals}相关绝缘磁状态。
2015-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Design of $n$- and $p$-type oxide thermoelectrics in LaNiO$_3$/SrTiO$_3(001)$ superlattices exploiting interface polarity
我们研究的结构，电子，输运，和热电性能的LaNiO $_3$ /SrTiO $_3(001)$超晶格包含无论是专门的$n$或$p$型接口或耦合接口的相反极性通过使用密度泛函理论计算与现场库仑排斥项。结果表明，在SrTiO $_3$超晶格部分诱导了明显的八面体倾斜。此外，在界面处的La-Sr距离和Ni-O面外键长表现出明显的变化约$7\,\%$的静电掺杂的符号。与大量研究的LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$系统相反，界面处的电荷失配仅容纳在LaNiO $_3$层内，而界面极性导致能带偏移并在耦合超晶格内形成电场。电子结构的特征表明量子阱态的轨道选择性量子化。潜在的和约束引起的多带分裂的结果在复杂的圆柱形费米表面的嵌套，这取决于界面极性的趋势。热电响应的分析揭示了一个特别大的正塞贝克系数（$135~μ$ V/K）和高品质因数（$0.35$）的$p$型超晶格中的室温跨平面输运归因于SrTiO $_3$价带的参与。具有$n$ -或$p$ -型界面的超晶格显示出相反符号的交叉平面塞贝克系数，因此作为构建具有结构和电子兼容的$n$ -和$p$ -型氧化物热电体的基于氧化物的热电发电机的平台出现。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Correlated Quantum Phenomena of Spin-Orbit Coupled Perovskite Oxide Heterostructures: Cases of SrRuO3 and SrIrO3-Based Artificial Superlattices
本综述探讨4d和5d氧化物超晶格中自旋-轨道耦合驱动的关联量子现象，涵盖结构调制、电子与磁性质，揭示超晶格设计如何催生新功能。
2023-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structural and electronic phenomena at oxyfluoride KTaO$_3$/K$M$F$_3$ ($M$ = Zn and Ni) superlattices: Rashba splitting and 2DEG
在这里，我们提出了两种不同的氧化物/氟化物钙钛矿超晶格，KTaO $_3$ /KZnF $_3$和KTaO $_3$ /KNiF $_3$的结构和电子自由度的理论分析。利用第一性原理计算，我们发现了二维电子（2DEG）和空穴（2DHG）气体的出现，它们是不同原始材料层数的函数。我们证明了KTO/K $M$ F超晶格的声子动力学在这些效应的出现中起着至关重要的作用。此外，我们的结果揭示了与另一种氧化物/氧化物对应物相比，这些界面处存在相当大的Rashba型自旋分裂。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Multiferroics of TiO2/PbTiO3 Heterostructure Driven by Ferroelectric Polarization Discontinuity
当两种不同的氧化物材料结合在一起形成界面时，就会出现新的现象。例如，在LaAlO_3/SrTiO_3界面处，形成二维导电态以避免极性不连续，并且在该界面处发现磁性。在这项工作中，我们提出了一种新型的界面之间的两个非极性和非极性的氧化物，可以主机的导电状态与磁性，它是铁电极化不连续性，而不是极性不连续性，导致电荷转移，形成界面导电或磁性状态。作为一个具体的例子，我们用第一性原理计算研究了铁电钙钛矿氧化物PbTiO 3和非铁电极化氧化物TiO 2构成的异质结构。我们发现，电荷转移到界面层形成的界面导电状态与铁磁有序，可以持续到室温。特别是体铁电极化与界面铁磁性之间的强耦合代表了一种新型的磁电效应，为探索有趣的界面多铁性提供了理想的平台。这里的发现不仅对基础科学很重要，而且对纳米电子学和自旋电子学的有前途的应用也很重要。
2017-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Emergent electric field control of phase transformation in oxide superlattices
电场可以改变材料的结构和性质，从而实现从电池到自旋电子学的各种应用。近年来，电解门控技术被认为是实现电场控制相变的有效手段，它可以产生大电场和电压驱动的离子转移。过渡金属氧化物（TMO）类提供了许多在电解选通下呈现强响应的潜在候选物。然而，很少有在室温下显示可逆的结构转变。在这里，我们报告实现了一个数字合成的TMO，显示了一个可逆的，电场控制的不同晶相之间的转换在室温下。在超晶格组成的交替一个单晶胞的SrIrO3和La0.2Sr0.8MnO3，我们发现一个可逆的相变与7%的晶格变化和戏剧性的调制的化学，电子，磁性和光学性质，介导的氧和氢离子的可逆转移。引人注目的是，这种相变是不存在的组成氧化物，固溶体和较大的周期超晶格。我们的发现为电压控制功能开辟了一类新的材料。
2020-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Synthetic magnetoelectric coupling in a nanocomposite multiferroic
由于单相多铁性材料（具有大的铁磁矩）的稀缺性，复合体系成为实现铁磁-铁电序参量磁电耦合的一个有吸引力的解决方案。尽管BiFeO 3（BFO）具有反铁磁有序结构，但由于其在室温下优异的铁电性能，一直是这一领域的关键材料。研究了在5个BFO单胞上生长的La_（0.7）Sr_（0.3）MnO_3（LSMO）的6个单胞的8个重复组成的超晶格。在绝缘超晶格中使用极化中子反射仪证明了BFO中显著的净未补偿磁化。值得注意的是，磁化使得磁场能够改变超晶格的介电性质，我们引用它作为合成磁电耦合的一个例子。重要的是，这种在BFO中的磁矩的受控产生为下一代磁电数据存储平台的集成氧化物器件的设计和实现提出了一条非常需要的前进道路。
2014-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large magnetoelectric coupling in multiferroic oxide heterostructures assembled via epitaxial lift-off
外延过渡金属氧化物膜的应变相关功能特性可以通过衬底选择来显著地修改。然而，大的晶格失配阻碍了铁电衬底上的无位错外延生长，其应变状态被施加的电场改变。在这里，我们克服了这种失配的问题，通过沉积的外延膜的铁磁La0.7Sr0.3MnO3的晶格匹配SrTiO 3的单晶衬底上通过SrRuO 3，我们随后溶解的膜，允许无应变的La0.7Sr0.3MnO3的铁电衬底的0.68Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）O3 0.32PbTiO 3在不同的晶体取向的转移。铁电畴切换，和伴随的铁电相变，产生大的非易失性的磁化强度的变化，介导的磁畴旋转在由微结构定义的位置-揭示通过高分辨率的矢量图的磁化强度从光电子显微镜数据构建，与X射线磁性圆二色性的对比。在未来，我们的方法可能会被利用来控制任何成分的位错自由外延膜的功能特性。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic fabrication of large-area, high-crystallinity oxide moire superlattices
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Duke University（杜克大学）
提出一种可扩展的制备策略，通过精确控制扭转角（低至0.1度）实现大面积、高结晶度氧化物莫尔超晶格，并揭示其结构重构与铁电畴调控机制。
2026-05-28 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
Layer and spontaneous polarizations in perovskite oxides and their interplay in multiferroic bismuth ferrite
本文从现代极化理论统一视角回顾了铁电极化与离子层电荷引起的表面电荷及极化灾难问题，并以 BiFeO3 为例，结合密度泛函计算和电镜分析揭示了其表面电荷自补偿的特殊机制。
2021-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Inducing $n$- and $p$-type thermoelectricity in oxide superlattices by strain tuning of orbital-selective transport resonances
通过结合第一性原理模拟，包括现场库仑排斥项和玻尔兹曼理论，我们演示了如何量子限制和外延应变的相互作用允许选择性地设计$n$和$p$型热电响应（LaNiO $_3$）$_3$ /（LaAlO $_3$）$_1(001)$超晶格。特别地，从$-4.9$到$+2.9\%$的不同应变调谐在从$-6$到$+3\%$的界面处的Ni轨道极化。这是由Ni $3d_{x^2-y^2}$ -和$3d_{z^2}$ -衍生的量子阱状态之间的电子重新分布引起的，所述量子阱状态对应变的响应不同。由于这种电荷转移，出现的跨平面传输共振的位置可以相对于费米能量进行调谐。对于中等值的$1.5$和$2.8\%$压缩应变，交叉平面塞贝克系数在室温附近分别达到$\sim -60$和$+100$ $μ$ V/K。这提供了一种新的机制来定制热电材料。
2019-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Design of new Mott multiferroics via complete charge transfer: promising candidates for bulk photovoltaics
诱导体光伏效应的最佳材料应缺乏反转对称性，并具有与可见光辐射能量相匹配的光学带隙。铁电钙钛矿氧化物如BaTiO $_3$和PbTiO $_3$表现出显著的极化和稳定性，但具有带隙过大的缺点。我们利用密度泛函理论和动力学平均场论设计了一类新的Mott多铁性材料--双钙钛矿氧化物$A_2$ VFeO $_6$（$A$ =Ba，Pb，etc）.虽然钙钛矿$A$ VO $_3$和$A$ FeO $_3$都不是铁电体，但在双钙钛矿$A_2$ VFeO $_6$中，从V到Fe的“完全”电荷转移导致非块状电荷配置--空的$d$壳和半填充的$d$壳，产生与铁电体$A$ TiO $_3$相当的极化。与纯$A$ TiO $_3$不同，新的双钙钛矿氧化物具有反铁磁基态，并且在室温附近是顺磁性莫特绝缘体。最重要的是，V $d^0$态显著降低了$A_2$ VFeO $_6$的带隙，使其小于$A$ TiO $_3$和BiFeO $_3$的带隙，并使新的多铁性材料成为诱导体光伏效应的有希望的候选者。
2017-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Coherent-Phonon Heat Transport in LaCoO$_3$/SrTiO$_3$ Superlattices
在纳米结构的相干声子传播的制度开辟了巨大的可能性，以控制能量收集设备，声子电路等的热导率在本文中，我们表明，相干声子的贡献很大的LaCoO 3/SrTiO 3氧化物超晶格的热导率，室温。我们表明，它们的贡献可以通过超晶格周期性的小变化进行调谐，而不改变超晶格的总厚度。使用这种策略，我们在室温下将热导率调整了20%。我们还讨论了界面混合和外延弛豫作为一个外在的，材料依赖的关键参数理解氧化物超晶格的热导率的作用。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of BiMeO3 multiferroics and related oxides
利用软X射线发射谱（XES）和吸收谱（XAS）对BiMeO_3（Me = Sc，Cr，Mn，Fe，Co，Ni）系列化合物的电子结构进行了系统的研究。估计了该系列中所有化合物的带隙值。对于BiFeO 3的带隙为~0.9 eV，从O Ka XES和O 1 s XAS的对准获得。BiNiO 3的O 1 s XAS光谱表明空穴的形成是由于Ni 2+价态而不是Ni 3+价态。我们发现BiMeO 3的OKa XES和O 1 sXAS分别探测部分占据和空位O2 p态，与自旋极化能带结构计算得到的O2 p态密度一致。的O Ka XES光谱显示相同程度的Bi 6s-O 2 p杂化的所有化合物的系列。我们在这里认为，立体化学活动的Bi 6s孤对必须补充反演对称性破缺，使电极化的强度。对于BiMnO_3和BiFeO_3这两种多铁性材料，前者由于高度畸变的钙钛矿结构中特殊的轨道有序引起的反铁磁有序而破坏了反转对称性，后者具有无反转对称性的菱形晶体结构。
2009-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Sub-unit cell engineering of CrVO$_3$ superlattice thin films
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；University of Antwerp（安特卫普大学）；Instituto de Cerámica y Vidrio - Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (ICV-CSIC)（陶瓷与玻璃研究所-西班牙国家研究委员会）；Sunchon National University（顺天国立大学）
通过亚单元胞工程制备CrVO₃超晶格薄膜，首次稳定钛铁矿相并比较其功能特性。
2025-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Airy-function electron localization in the oxide superlattices
氧化物超晶格和微结构有望创造出具有前所未有功能的新型器件。最近制造的晶格匹配的钙钛矿钛酸盐（SrTiO 3）n/（LaTiO 3）m的超晶格的密度泛函研究揭示了一个经典的楔形电位起源于一个带电的La原子片的库仑电位。电势反过来限制了薄片附近的电子，导致电子态的Airy函数局部化。磁性被抑制的结构与一个单一的LaTiO 3单层，而体反铁磁性恢复在结构与较厚的LaTiO 3，与一个狭窄的过渡区分离的磁性LaTiO 3和非磁性SrTiO 3。
2004-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Exceptionally large room-temperature ferroelectric polarization in the novel PbNiO3 multiferroic oxide
我们提出了一个研究的基础上，几个先进的第一性原理方法，最近合成的PbNiO 3 [J. Am. Soc 133，16920（2011）]，其是以高度扭曲的R3 c晶体结构结晶的菱形反铁磁绝缘体。我们发现这种化合物具有电极化性质，其电极化的强度程度非常高，约为100（\muC /cm）^2，甚至超过了人们熟知的BiFeO 3的极化程度。PbNiO 3是一种合适的铁电体，其极化由沿[111]方向的大Pb-O极位移驱动。与人们的期望不同，Pb离子的4+离子电荷不能确定，实际上，大的Pb 6s-O 2 p杂化通过类似于其他Pb和Bi基多铁性材料的孤对机制驱动铁电畸变
2012-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A radical approach to promote multiferroic coupling in double perovskites
双钙钛矿提供了一个独特的机会，诱导和控制氧化物系统中的多铁性行为。在这个家族中可以实现设计具有磁化和极化场之间的强耦合的材料的吸引人的可能性，因为这些磁性绝缘体可以在适当的生长条件下呈现结构自排序。本文研究了用脉冲激光沉积法生长的La_2CoMnO_6和Bi_2CoMnO_6外延薄膜的功能特性。阳离子有序的La2CoMnO6薄膜的居里温度为250 K，而阳离子无序的Bi2CoMnO6薄膜的居里温度为800 K。磁有序的这种高转变温度可以通过改变薄膜中的应变来进一步调整，这表明材料的结构特性有重要贡献。我们的方法可以推广到其他氧化物系统。最后，我们的结果与其他多铁性系统进行了比较。进一步讨论了各种阳离子的作用，它们的排列和结构效应。
2009-04-03 cond-mat.mtrl-sci
