Inducing skyrmions in ultrathin Fe films by hydrogen exposure
磁skyrmions是一种具有粒子性质的纳米自旋局域结构，有望作为比特应用于下一代信息技术。未来基于skyrmion的应用的一个重要步骤是设计关键的磁性参数，以开发和稳定单个磁性skyrmion。在这里，我们演示了通过在样品中加载原子氢来调节Ir111衬底上Fe双层的非共线磁性状态。利用自旋极化扫描隧道显微镜发现，氢化体系在外加磁场中支持skyrmion的形成，而未氢化的Fe双电层则不支持.基于从头计算，我们归因于这种效果的海森堡交换和Dzyaloshinsky_Moriya相互作用，由于氢化的调谐。除了界面工程外，磁性薄膜的氢化为低维磁性材料中Skyrmion态的设计和优化提供了一条独特的途径。
2017-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Formation and stability of metastable skyrmionic spin structures with various topologies in an ultrathin film
通过自旋动力学模拟，采用从头计算的经典哈密顿量，在Pd $(111)$表面的（Pt $_{0.95}$ Ir $_{0.05}$）/Fe双层膜中观察到了亚稳态的局域自旋组态，其拓扑电荷从$Q=-3$到$Q=2$.我们证明了各向同性交换相互作用的挫折是负责这些不同类型的skyrmionic结构的创建。Dzyaloshinsky-Moriya相互作用目前由于在表面上的反演对称性的破坏积极有利于skyrmions与$Q=-1$，扭曲的形状的其他对象，并定义了一个优选的方向，为他们相对于底层晶格。
2017-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal close-packed polar-skyrmion lattice in ultrathin ferroelectric PbTiO3 films
本研究通过相场模拟构建超薄铁电PbTiO₃薄膜的温度-电场相图，揭示了六方密堆积极性斯格明子晶格的相变机制与稳定条件，验证了其晶格常数随厚度变化符合Kittel定律，为拓扑极性织构相关新型凝聚物相研发提供了基础。
2023-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Complex magnetic textures in Ni/Ir$_{n}$/Pt(111) ultrathin films
采用第一性原理计算和自旋动力学模拟相结合的方法研究了Ni/Ir $_{n}$ /Pt（111）（$n=0,1,2$）薄膜。最低的能量状态被预测为自旋螺旋，但与skyrmionic状态有微小的能量差异（大约几个$μ$ eV/原子）。自发低温skyrmions，与$\sim15$ nm到$\sim35$ nm的大小，产生于一个大的Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）和海森堡交换相互作用比，特别是，从一个大的面内DM矢量分量的最近的邻居。随着Ir缓冲层厚度的增加，Skyrmion粒子变得更大，更分散.此外，随着$n$的增加，当施加外部磁场或温度升高时，skyrmions稳定性降低。对于$n=0$和$n=1$，我们发现，亚稳态skyrmionium可以发生，其特征在于一个稍微较低的稳定性相对于外部场和较大的临界电流，相比skyrmions。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating Momentum-Space and Real-Space Topological States in Metallic Strontium Ruthenate Ultrathin Films
本文通过研究超薄SrRuO3/SrIrO3异质结构，证实超薄SrRuO3在单层极限下仍保持金属性和拓扑能带结构，并排除了THE的双通道解释，为其中斯格明子的存在提供了证据。
2024-11-22 cond-mat.mtrl-sci
A micromagnetic theory of skyrmion lifetime in ultrathin ferromagnetic films
我们使用的连续微磁框架推导出紧凑的skyrmion寿命公式由于热噪声在铁磁薄膜中具有相对较弱的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。在没有一个鞍点连接的skyrmion解决方案的铁磁状态，我们解释skyrmion崩溃事件作为“捕获的一个微尺度”。这产生了一个明确的Arrhenius崩溃率与势垒高度和前因子作为所有材料参数的函数，以及崩溃的动力学路径。
2021-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Asymmetric skyrmion-antiskyrmion production in ultrathin ferromagnetic films
具有受抑交换和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的超薄铁磁体可以支持拓扑孤子，如skyrmions和反skyrmions，它们是亚稳态的，可以被认为是粒子-反粒子对应物。当自旋轨道力矩被施加时，一个孤立的反克尔米子的运动被驱动超过其沃克极限，可以产生skyrmion-antiskyrmion对。在这里，我们使用原子自旋动力学模拟揭示在这对生成的散射过程。在某些条件下，这些粒子和反粒子的增殖可能会出现增长率和生产不对称性，这取决于手征相互作用的强度和自旋轨道转矩的耗散分量。这些特征在很大程度上是由反克尔米离子之间的散射过程决定的，这些散射过程可以是弹性的，也可以导致束缚态或湮灭。
2020-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Creation of Magnetic Skyrmion Bubble Lattices by Ultrafast Laser in Ultrathin Films
磁性Skyrmions是一种拓扑非平凡的自旋织构，在纳米尺度的自旋电子器件中作为稳定的信息载体具有很大的应用前景。开发基于Skyrmion的新型存储器和逻辑器件的主要挑战之一是在环境条件下快速和受控地创建磁性Skyrmion。在这里，我们证明了单一的超快（35 fs）激光脉冲诱导产生的skyrmion气泡和skyrmion气泡晶格的铁磁状态在室温下溅射磁性薄膜。随着激光能量密度的增加，skyrmion泡密度逐渐增加，最终达到饱和，形成无序的六方晶格。此外，我们提出的skyrmion气泡晶格配置导致增强的拓扑稳定性相比，孤立的skyrmion，这表明其有前途的数据存储中的使用。我们的发现揭示了在常见材料中skyrmion气泡晶格的光学方法，为新兴的基于skyrmion的记忆和突触设备铺平了道路。
2018-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Current-Driven Skyrmion Dynamics and Drive-Dependent Skyrmion Hall Effect in an Ultrathin Film
磁性skyrmions是手征自旋纹理，持有作为纳米级信息载体的巨大希望。自从他们在室温下首次观测以来，在电流诱导操纵方面取得了进展，在杂散场耦合多层膜中报道了快速运动。然而，复杂的自旋纹理与混合手性和大的功耗在这些多层膜限制了他们的实际实施和基本了解其动力学。在这里，我们报告的电流驱动的运动的Néel skyrmions直径在100 nm的范围内的Pt/Co/MgO三层。我们发现，这些skyrmion可以驱动速度为100米/秒，并表现出驱动依赖的skyrmion霍尔效应，这是占钉扎效应。我们的实验得到了很好的证实的分析模型的skyrmion动力学以及微磁模拟，包括材料的不均匀性。这种良好的协议是由简单的skyrmion自旋结构，在我们的系统和一个彻底的表征其静态和动态特性。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of the hump anomalies in the Hall resistance loops of ultrathin SrRuO$_3$/SrIrO$_3$ multilayers
在SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$外延双层膜中可以形成非常小的Néel skyrmions，并且在栅控器件中可以利用电场效应来操纵这些skyrmions，这极大地促进了最近对SrRuO $_3$异质结构的研究.强的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，结合反转对称性的破缺，被认为是SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层膜中skyrmion形成的驱动力.在这里，我们研究了名义上对称的异质结构，其中一个铁磁SrRuO $_3$层被夹在大的自旋-轨道耦合SrIrO $_3$层，其中的条件是不利于出现净界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。以前的skyrmions的形成在不对称的SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层推断从异常霍尔电阻回路显示类似拓扑霍尔效应贡献的驼峰状功能。对称的SrIrO $_3$ /SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$三层膜在霍尔环中不显示驼峰异常。然而，对称多层膜的异常霍尔电阻环（其中三层膜多次堆叠）确实表现出类似于非对称SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$双层膜的驼峰状结构。霍尔效应环异常的起源可能存在于不可避免的差异，在电子和磁性的个别SrRuO $_3$层，而不是在形成的skyrmions。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Micromagnetics of anti-skyrmions in ultrathin films
我们提出了一个相结合的分析和数值微磁学研究的平衡能量，大小和形状的反skyrmionic磁配置。当Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用在两个正交的平面内方向上具有相反的符号时，反skyrmions可以稳定，从而打破磁性圆对称性。我们比较了在各向异性和各向同性Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用下，当磁相互作用强度相同时，反Skyrmion和稳定的Skyrmion的平衡能量、大小和形状.当忽略偶极相互作用时，Skyrmion和反Skyrmion在各自的环境中具有相同的能量、形状和大小.然而，当考虑偶极相互作用时，反skyrmion的能量大大降低，其平衡尺寸相对于skyrmion增加。虽然skyrmion组态显示同手性Néel磁化旋转，但反skyrmion显示部分Néel和部分Bloch旋转。后者不产生磁荷，因此消耗较少的偶极能量。当磁能几乎相互抵消时，这两种磁结构都是稳定的，这意味着一个参数的微小变化可以急剧改变它们的结构，尺寸和能量。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
X-ray interference effects on the determination of structural data in ultrathin La2/3Sr1/3MnO3 epitaxial thin films
我们分析了X射线衍射数据用于提取细胞参数的紧密匹配的基板上的薄膜。我们主要研究在（001）SrTiO_3单晶衬底上外延生长的La_（2/3）Sr_（1/3）MnO_3薄膜。它将被证明，由于薄膜和衬底的结构非常相似，数据分析必须明确考虑衬底和薄膜的衍射波的不同相位，以提取可靠的晶胞参数。这一发现的影响的理解应变效应的薄膜和界面将强调
2013-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature skyrmions at zero field in exchange-biased ultrathin films
我们证明了在室温和零外部磁场下，在交换偏置的Pt/Co/NiFe/IrMn多层膜中，平均直径约为60 nm的磁skyrmions可以稳定存在.这是通过对多层堆叠组合物的先进优化来实现的，以便平衡控制skyrmion尺寸和稳定性的不同磁能。磁成像是用磁力显微镜和扫描氮空位磁力测定法进行的，后者在零外部磁场下提供明确的测量。在这样的样品中，我们表明，交换偏置提供了一个免疫力的skyrmion自旋纹理适度的外部磁场，在几十mT的范围内，这是一个重要的功能，作为存储设备的应用程序。这些结果建立交换偏置多层堆叠作为一个有前途的平台，有效地实现基于磁skyrmions的存储器和逻辑器件。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystallographic structure of ultrathin Fe films on Cu(100)
本文报道了用扫描隧道显微镜在面心立方Cu（100）衬底上生长的2-4 ML Fe薄膜中的类bcc晶体结构。局部bcc结构为经常报道的突出磁性提供了直接的解释，即，铁磁有序的居里温度高于300 K的所有层。非假晶结构，其在4 ML膜厚度以上变为假晶，就薄膜生长的常规规则而言是出乎意料的，并且强调了铁磁薄膜中有限厚度效应的重要性。
2001-06-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on dielectric properties of NaCl crystal and ultrathin NaCl films under finite external electric field
利用第一性原理研究了NaCl晶体和NaCl薄膜在有限外电场作用下的介电性质。我们的研究结果表明，薄膜的高频介电常数不受晶体表面的有限尺寸效应的影响，并接近晶体的，而静态的是敏感的膜的厚度，由于在表面和内部的膜之间的原子配置的差异。
2004-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence for ferroelectric polar distortion in ultrathin lead titanate perovskite films
用X射线光电子衍射直接研究了PbTiO_3外延薄膜中与铁电性相关的晶格内极性原子畸变和四方性。我们的测量，结合从头计算，明确地表明非中心对称的薄膜几个单位电池厚，意味着薄膜薄至3个单位电池仍然保持铁电极性失真，也表明，没有厚的顺电死层的表面。
2005-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Excited States at Interfaces of a Metal-Supported Ultrathin Oxide Film
我们报道了在Ag（001）衬底上生长的MgO薄膜的\textit{unoccupied}电子结构的层分辨测量。通过Mg $KL_{23}L_{23}$俄歇跃迁的共振俄歇谱，揭示了金属/氧化物界面处的金属诱导带隙态、氧化物带隙以及涉及真空象势态的表面芯激子.我们的研究结果表明，如何获得新的见解\textit{empty}状态在金属支撑的氧化物薄膜的界面。
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci
A Microscopic Model of Ferroelectricity in Stress-free PbTiO3 Ultrathin Films
利用第一性原理计算得到的微观有效哈密顿量研究了PbTiO 3薄膜的基态极化。在短路电边界条件下，厚度低至三个晶胞的（001）薄膜具有垂直极化的铁电基态，且表面极化显著增强。
2000-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Size Effect on Dielectric Properties of Ultrathin Metallic Film: A First-Principles Study of Al(111)
金属薄膜各种性质的量子尺寸效应（QSE）的量子表现已被广泛研究。本文利用第一性原理计算，研究了Al（111）薄膜介电特性的量子化现象。介电函数上的QSE被揭示，这是由于带内和带间电子跃迁的尺寸依赖性贡献。更重要的是，在1.5~ 2.5eV的能量范围内，薄膜厚度小于15个单层时的面内带间跃迁小于体材料。这表明Al的等离子体材料以薄膜的形式具有较少的能量损失。我们的研究结果可能有助于通过量子尺寸效应寻找低损耗的等离子体材料。
2014-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced ferrimagnetism in auxetic NiFe2O4 in the crossover to the ultrathin film limit
我们研究了亚铁磁性氧化物NiFe 2 O 4的磁性，电子和结构性质之间的敏感相互作用。重点是放在从散装的交叉降维的影响，以减少薄膜。我们观察到Nb-SrTiO 3（001）衬底上的NiFe_2 O_4薄膜在面内外延压缩应变下的饱和磁化强度$M_S$的增强与面外晶格常数的降低同时发生。我们发现了一个大容量的阳离子配位的反尖晶石晶格独立的NiFe 2 O 4膜厚度-从而排除了阳离子反转，名义上可以占增强的$M_S$。相反，我们的研究揭示了单位晶胞体积的减少，即拉胀行为在NiFe 2 O 4薄膜，这可能会导致增强的磁交换所造成的原子间电子本地化的增加。
2014-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Interface effects in ferroelectric PbTiO$_3$ ultrathin films on a paraelectric substrate
采用原子间相互作用势方法研究了沉积在SrTiOPDMATHABMM衬底上的PbTiOPDMATHABMM铁电薄膜的界面效应。我们发现，在薄膜/衬底界面的原子位移的相关性是至关重要的稳定的铁电状态的薄膜几个单位细胞厚。我们表明，最小膜厚度的外观的自发极化畴状态是不是铁电薄膜的本征性质，但依赖于顺电衬底的极化率。我们还观察到，基板显示出一个不寻常的振荡行为的诱导极化。
2006-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of magnetization in Pd(100) ultrathin films with quantum well structure using modification of Schottky barrier potentials
通过改变量子阱的量子态，利用外加偏压对Pd（100）Pd薄膜的磁化强度进行了调控。Pd/SrTiO $_{3-x}$ /Ti/Au的磁矩电压依赖性本质上取决于Pd膜的厚度。磁矩的感应变化是由于Pd薄膜和半导体SrTiO $_{3-x}$衬底之间的界面处的相移的调制。
2019-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Optical imaging of antiferromagnetic domains in ultrathin CoO(001) films
Fudan University（复旦大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
利用磁光双折射效应，研究超薄CoO(001)薄膜中反铁磁域的成像及外部场下演变机制。
2020-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Absence of Critical Thickness in an Ultrathin Improper Ferroelectric Film
我们利用密度泛函理论研究了氧封端的六方YMnO $_3$超薄膜的铁电稳定性和表面结构特性。在开路边界条件下，自发极化垂直于（0001）面的铁电态在单畴态下是亚稳的，尽管存在去极化场.我们建立了一个连接的结果和不适当的铁电转变的作用。我们的研究结果意味着，不适当的铁电薄膜可以有相当独特的性质，是不同于那些非常薄的普通铁电薄膜。
2008-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin oxides: bulk-oxide-like model surfaces or unique films?
为了更好地理解宽禁带氧化物表面在原子尺度上的电子和化学性质，实验工作集中在金属衬底上的外延膜上。最近的研究结果表明，这些薄膜比以前认为的要薄得多。这引起了怀疑的结果的转移到较厚的薄膜和散装晶体的表面性能。通过密度泛函理论和近似GW的电子光谱的修正，我们证明了三个特征的宽禁带氧化物（二氧化硅，氧化铝，和氧化硅）的基板的影响和突出的关键差异的氧化硅薄膜和表面的散装材料。我们的研究结果表明，单层薄氧化物膜具有相当独特的性能。
2007-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Substoichiometric ultrathin zirconia films cause strong metal-support interaction
强的金属-载体相互作用（SMSI）导致氧化物负载的催化剂在还原条件下退火后的性质发生实质性变化。通常的解释是在金属颗粒上形成了大量还原的氧化物薄膜。对于可还原的氧化物，例如TiO 2或Fe3O4，通常会遇到这种情况。氧化锆（ZrO2）是一种典型的催化剂载体，难以还原，因此没有明显的SMSI效应候选物。在这项工作中，我们使用的逆模型系统与Rh（111），Pt（111），Ru（0001）作为支持。与预期相反，我们表明，SMSI遇到氧化锆。在超高真空中退火后，在所有三个衬底上形成缺氧的氧化锆薄膜（$\approx$ ZrO $_{1.5}$）。然而，Zr保持在其优选的4+电荷状态，因为电子被转移到下面的金属。在高温下，ZrO2薄膜的稳定性取决于Zr和基体金属是否发生合金化。SMSI效应是可逆的;氧化物薄膜可以通过在氧气中退火来去除。
2019-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Chiral asymmetry of the spin-wave spectra in ultrathin magnetic films
我们提出的可能性，手征简并的磁振子在薄膜中可以解除由于存在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。通过使用简单的对称性参数，我们讨论了在何种条件下发生这样的手征不对称。然后我们对W（110）上的Fe单层进行了相对论性第一性原理计算，明确地揭示了波矢平行于（001）方向时自旋波谱的不对称性。此外，我们定量解释我们的结果在一个简化的自旋模型，通过使用计算Dzyaloshinskiii-Moriya矢量。我们的理论预测应该激发实验来探索自旋波的不对称性，特别强调测量薄膜中Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的可能性。
2009-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Morphologies and kinetics of a dewetting ultrathin solid film
采用基于几何偏微分方程的表面演化模型，数值研究了具有强各向异性表面能的固体薄膜表面局部针孔缺陷的脱湿动力学和动态形貌。取决于参数，如初始深度和宽度的针孔，有吸引力的基板电位的强度和强度的表面能各向异性，针孔可以延伸到基板，从而破裂的膜，或演变成准平衡的形状，而其余的膜表面经历相分离成一个山和谷的结构，然后粗化。对于深的、窄的（狭缝状）针孔，悬垂（非图形）形态是可能的。
2008-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin films of ferroelectric solid solutions under residual depolarizing field
采用第一性原理方法研究了在不同力学边界条件下，非补偿去极化电场对Pb（Zr，Ti）O $_3$薄膜性质的影响.发现了丰富多样的铁电相和极化模式，这取决于应变和表面电荷屏蔽量之间的相互作用。实例包括三斜相、具有偏振的面内和/或面外分量的单斜态、均匀和不均匀的四斜态以及特有的层状纳米畴。
2004-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Spin transfer in ultrathin BiFeO3 film under external electric field
第一性原理计算结果表明，上自旋和下自旋载流子积累相邻的BiFeO3（BFO）薄膜的相对表面与外加偏压。自旋载流子的大小相等，方向相反，下自旋载流子向与外电场相反的方向移动，而上自旋载流子则沿电场方向移动。这种新颖的自旋转移特性使得BFO薄膜在自旋电容器和基于BFO的多铁性场效应器件中具有诱人的应用前景。
2013-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Origin of Enhancement of Ferroelectricity in SnTe Ultrathin Films
先前的研究表明，随着铁电薄膜变薄，它们的居里温度（Tc）和低于Tc的极化都典型地降低。相反，最近的一项实验[Chang et al.，Science 353，274（2016）]观察到原子厚度的SnTe膜具有比其本体对应物更高的Tc，这归因于外部效应。在这里，我们发现，使用第一性原理计算，即0 K的能量势垒的极化开关（这是一个数量直接相关的Tc）是最高的研究无缺陷的SnTe薄膜比散装SnTe，和5单元电池（UC）的SnTe薄膜具有最大的能量势垒作为杂交相互作用和泡利排斥之间的相互作用的结果。进一步的模拟，采用目前开发的有效哈密顿量，确认独立的无缺陷的SnTe薄膜具有较高的Tc比散装SnTe，除了1-UC的情况下。因此，我们的工作表明，通过减少其厚度，本质上提高铁电薄膜的可能性。
2018-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Insulating phase at low temperature in ultrathin La0.8Sr0.2MnO3 films
在厚度大于5个晶胞的La_（0.8）Sr_（0.2）MnO_3薄膜中观察到金属-绝缘体转变。在6 ~ 10个单胞厚度范围内的超导薄膜中，出现了低温绝缘相，并且发现低温绝缘相中Mott变程跳跃导电占主导地位，薄膜越薄，局域化长度越小。通过像差校正的扫描透射电镜和电子能量损失谱研究发现，在厚度小于或等于10个晶胞的薄膜中，氧含量不足，Mn价态降低。这些结果表明，薄膜中氧空位的存在抑制了双交换机制，有利于无序度的增强，导致居里温度的降低和低温绝缘相的形成。此外，在较薄的薄膜的磁性能的抑制表明更强的磁矩的无序，这被认为是本地化长度的这种减少的原因。
2016-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Unusual vortex structure in ultrathin Pb(Zr$_{0.5}$Ti$_{0.5}$)O$_3$ films
利用第一性原理方法，我们确定了PbZr $_{0.5}$ Ti $_{0.5}$ O $_3$薄膜的铁电图形.结果表明，在系统中形成了涡旋条纹，它们是观测到的180个$^\circ$畴的原因。当外加一个局部外场时，涡旋条纹转变为涡旋环结构，导致在场区中心形成一个极化方向与外场反平行的小畴。这可以提供一种方便的方式来操纵薄膜中的纳米畴。
2004-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Control of defect-mediated tunneling barrier heights in ultrathin MgO films
利用光学吸收光谱和导电原子力显微镜研究了氧空位对射频溅射MgO薄膜局域隧穿特性的影响。在MgO生长期间将O $_2$添加到Ar等离子体中改变了氧缺陷群体，从而导致改善的局部隧穿特性，诸如较低的电流热点密度和较低的隧穿电流幅度。我们讨论了一个基于缺陷的潜在景观跨MgO的障碍。
2010-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Domain evolution of BaTiO3 ultrathin films under electric field: a first-principles study
采用第一性原理方法研究了（001）BaTiO 3（BTO）双金属氧化物薄膜中条状纳米畴的形貌和电场诱导演化，并与（001）Pb（Zr，Ti）O3（PZT）双金属氧化物薄膜中的条状纳米畴进行了比较. BaTiO_3系统在零电场下表现出180 °的周期性条纹畴，与PZT薄膜一样。然而，在BTO系统中的条纹沿着[1-10]交替，而在PZT系统中的条纹沿着[010]交替，并且在BTO薄膜中没有出现面内表面偶极子（与PZT材料不同）。此外，当沿[001]施加和增加电场时，BaTiO 3系统中180 °条纹畴的演变涉及四个区域：区域I，其中下偶极子的大小（即，与电场反平行的那些）减小，而畴壁不移动;区域II，其中邻近畴壁的一些局部下偶极子切换它们的方向，从而导致标记的畴壁-其中整体条纹周期性不变;区域III，其中产生纳米气泡，然后沿着[110]收缩并最终塌陷;和与单个单结构域相关的区域IV。这种演变不同于PZT薄膜的演变，PZT薄膜既不存在区域I，也不存在标记的畴壁，并且气泡沿着[100]收缩。讨论了这些差异。
2006-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Periodic elastic nanodomains in ultrathin tetrogonal-like BiFeO3 films
利用同步辐射掠入射X射线衍射分析了在LaAlO 3衬底上生长的高应变BiFeO 3薄膜的电畴结构和极对称性。我们揭示了存在的周期性的弹性纳米畴在纯四边形的BFO薄膜的厚度下降到6 nm。公开了一种独特的剪切应变调节机制。我们进一步证明了纳米畴的周期性随膜厚度增加而增加，但偏离了经典的Kittel平方根定律，在100 μ m厚度范围内（6 - 30 nm）。温度依赖性实验还揭示了由于MC-MA结构相变，90 ℃以上的周期性调制消失。
2013-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular anisotropy of ultrathin epitaxial cobalt films on graphene
石墨烯由于其长自旋寿命和高迁移率而对自旋电子学具有吸引力。到目前为止，只有厚的多晶板被用作铁磁电极。我们报道了在石墨烯上生长的平坦的外延Co-Co薄膜。在0.5- 1 nm的厚度范围内，它们显示出垂直磁各向异性，这是由理论证实的。PMA、外延和石墨烯厚度为基于石墨烯的自旋电子器件带来了新的前景，例如任意磁化方向的零场控制、电极和石墨烯之间的能带匹配以及诸如Rashba和电场控制磁性的界面效应。
2010-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Metal-insulator transition in ultrathin LaNiO3 films
运输的LaNiO 3的双金属薄膜演变为一个强烈的本地化字符作为膜的厚度减小，薄层电阻达到一个值接近h/e2，在两个维度的量子电阻。在中间制度，量子修正德鲁德低温电导率观察到，它们是准确地描述了弱局域化理论。值得注意的是，在这个制度的负磁阻是各向同性的，这指向磁散射与系统的接近自旋玻璃状态或在其他稀土镍酸盐中观察到的电荷有序的反铁磁状态。
2011-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field switching magnetization and spin transfer in ultrathin BiFeO3 film
第一性原理密度泛函理论计算表明，在外加电场作用下，BFO薄膜的磁化强度可以达到90 °的翻转。正场表面出现上旋载流子，负场表面出现下旋载流子，这是由于Fe-t2 g轨道的重新分布引起的。R相薄膜表面Fe-3d态的半金属性使其成为具有电场可调FM磁化反转的AFM/FM双层异质结构的候选材料，为设计自旋电子多铁性材料开辟了新的途径。该BFO/FM双层膜的界面交换偏置效应主要由Fe-t2 g轨道重构以及自旋转移和重排驱动。
2013-01-31 cond-mat.mtrl-sci
The Structure of Ultrathin Ag Films on Pd(111)
我们对Pd（111）表面上的Ag薄膜进行了从头算密度泛函计算。计算了Ag/Pd体系的结构性质和电子能带。在Pd（111）表面的二维布里渊区中心附近的电子态密度中存在带隙，这使得在吸附的银膜中形成局域态成为可能。我们发现，量子阱态可以形成在结合能约4 eV。
2004-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Delicate competing electronic states in ultrathin manganite films
研究了105 K时La 2/3Sr 1/3 MnO 3（LSMO）薄膜的电输运性质与SrTiO 3（STO）衬底结构相变之间的耦合关系。我们发现，LSMO膜的电阻率在Ts处呈现尖点，通过将膜调谐到金属相和绝缘相的边缘，即，两个微妙的竞争电子状态的边界。我们的研究结果表明，少量的应变可以打破竞争相互作用的微妙平衡，并调整相关电子材料的电子性质。
2017-01-27 cond-mat.mtrl-sci
X-ray magnetic circular dichroism study of epitaxial magnetite ultrathin film on MgO (100)
用X射线磁圆二色性（XMCD）研究了等离子体辅助氧化法在MgO（100）衬底上制备的Fe_3 O_4外延薄膜的自旋和轨道磁矩。该薄膜保留了相当大的总磁矩，即（2.7 ± 0.15）uB/f. u.，这是块状Fe 3 O 4的约70%。一个显著的非猝灭轨道矩高达（0.54 ± 0.05）uB/f. u。这可能是由于在Fe_3 O_4/MgO界面处的对称性破缺引起的。这种相当大的轨道矩将在通过电场的磁化反转中增加基于Fe 3 O 4的自旋电子器件的容量。
2015-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Synthesizing Skyrmion Molecules in Fe-Gd Thin Films
我们发现，适当的工程非晶Fe-Gd合金薄膜具有垂直磁各向异性表现出室温skyrmion分子，或一对极性相同，相反的螺旋skyrmion。磁镜对称平面中存在的条纹相，而不是手征交换，决定了内部skyrmion结构和skyrmion相的净非手性。我们的研究表明，在金属玻璃薄膜中的条畴工程可以使具有技术上期望的性能的skyrmion相的创建。
2016-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Thickness evolution of coercivity in ultrathin magnetic films
利用考虑外延生长表面粗糙度的理论模型，研究了外延薄膜面内磁化反转的厚度演化。在Néel模型的指导下，单层高度岛的台阶边缘位置除了在所有位置处的四倍各向异性之外还被分配了两倍各向异性。矫顽力被发现基本上取决于膜的厚度和最顶层的部分覆盖。它的定性特征主要由样品的几何形状和与畴壁能量相比的台阶各向异性的大小来确定。静磁相互作用改变了定量的结果，但不是定性的。通过比较包含和不包含它们的计算，可以理解它们的影响。
1998-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Quantum size effect on the dissociation of O2 molecules on ultrathin Pb(111) films
采用第一性原理计算方法，系统地研究了O $_2$分子在不同厚度Pb（111）薄膜上的解离过程.在揭示O $_2$分子吸附前体态的基础上，进一步探讨了Pb（111）表面上存在两个近简并吸附态，而Mg（0001）和Al（111）表面上完全不存在前体吸附态的原因.分析了其原因是表面电子结构的不同。对于O $_2$的解离，我们考虑了气体和分子吸附O $_2$分子的反应通道。我们发现O $_2$从分子吸附前体态解离的能垒总是小于O $_2$从气体解离的能垒。不同Pb（111）膜上的最有利解离过程相同，能垒受Pb（111）膜的量子尺寸效应的调制.
2010-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Surface Reactivity and Quantum-Size effects on the Electronic Density Decay Length of ultrathin Metal Films
表面反应性和量子尺寸效应之间的相关性的起源，在最近的实验中观察到的氧化镁薄膜，是通过从头计算和模型预测。我们发现，在真空中的费米能量的电子局域态密度的衰减长度与膜厚度表现出系统的振荡，与局部最大值时，量子阱状态在k//= 0交叉费米能量。预测的衰减长度的变化，预计将有一个重大的影响，电子转移速率的隧道，这已被提出来控制最初的坚持O2在氧化过程中。
2006-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Loss of anisotropy in strained ultrathin epitaxial L10 Mn-Ga films
在本工作中，我们研究了应变对室温下Mn-Ga薄膜磁性能的影响。在Cr缓冲MgO（001）衬底上生长了两种不同的Mn-Ga组分，其中一种还掺杂了Co。厚度低于12 nm的膜是高度应变的，并且观察到c/a与厚度的比率取决于组成。使用c/a作为序参量的PMA被证明是急剧减少，随着应变的增加。当推广和缩小从> 20 nm的薄膜获得的结果时，应考虑这些发现。此外，已经表明，可以通过引入额外的Pt缓冲层来降低应变，从而对于低至6 nm的厚度保持高PMA。
2013-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Appearance of ferromagnetism in Pt(100) ultrathin films originated from quantum-well states
在SrTiO_3（100）衬底上沉积的Pt（100）薄膜中观察到铁磁性。出现在厚度为2.2-4.4 nm的膜中的铁磁性根据膜厚度以大约1 nm（5-6个单层）的周期性地变化。这与从薄膜中形成的量子阱态导出的周期一致。X射线磁性圆二色性测量表明Pt（100）超薄膜具有内禀铁磁性。此外，目前的结果表明，纯Pt的轨道磁矩是远远小于Pt/铁磁多层系统的可能性。这些结果将为Pt组分中大的磁各向异性的起源提供一个潜在的新机制。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Homogeneous switching in ultrathin ferroelectric BaTiO3 films
BaTiO_3薄膜的开关动力学研究证实了BaTiO_3薄膜中存在均匀的无畴开关。我们认为，均匀开关是所有铁电材料的共同现象。
2012-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin epitaxial ferroelectric films grown on compressive substrates: Competition between the surface and strain effects
利用平均场Landau型理论分析了生长在不同立方衬底上的外延铁电薄膜的极化特性，这些薄膜在薄膜平面内产生双轴压应力。通过外推长度的概念考虑了薄膜表面对自发极化的本征影响。该理论同时考虑了厚衬底对薄膜晶格施加的失配应变的影响。数值计算进行了PbTiO 3和BaTiO 3薄膜的表面层的极化减少的假设下。薄膜的平均偏振计算为膜厚，温度和失配应变的函数。结果表明，由于薄膜晶格的面内压缩，外延薄膜中的负本征尺寸效应减小。在室温下，平均极化的强烈降低可能只发生在薄膜（厚度~ 1 nm）。理论预测进行了比较与现有的实验数据上生长的SrRuO 3涂层SrTiO 3的钛酸钡薄膜的极化特性。
2001-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous Distortion and Ferromagnetism Induced by Quantum-well States in Pd(100) Ultrathin Films
利用X射线晶体截断棒测量和密度泛函方法研究了Pd（100）Ni-P薄膜的晶体结构，发现Pd（100）Ni-P薄膜具有量子限制效应引起的铁磁性.与顺磁性Pd相比，由于Pd中铁磁性的出现而导致的能量增益导致铁磁性Pd膜的膜生长更平坦和均匀。此外，铁磁性Pd膜扩大晶格常数，以抑制伴随着交换分裂的发生的电子的动能的增加。虽然传统的金属磁性理论表明，态密度的增加会引起铁磁性（Stoner判据），但我们的发现揭示了一种通过铁磁性的出现来调制态密度的机制，即，斯通纳理论的逆机制
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of thickness limits of ideal polar ultrathin films
电子重构与原子重构之间的竞争是过渡金属氧化物中经常出现的主题。我们使用密度泛函理论计算来研究这种竞争的模型系统组成的极性，无限层结构ACuO2（A=Ca，Sr，Ba）生长在非极性，钙钛矿SrTiO 3基板的薄膜。预测从块状平面结构到链式薄膜的过渡伴随着电子结构的实质性变化的SrCuO 2膜小于5个晶胞厚度。一个分析模型解释了为什么原子重建变得比电子重建更有利的薄膜变得更薄，并建议类似的考虑应该是有效的其他极性薄膜。
2012-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Terahertz ellipsometry study of the soft mode behavior in ultrathin SrTiO3 films
我们提出了一个联合研究与传统的远红外和时域太赫兹椭圆偏振的SrTiO 3薄膜（85和8.5 nm），通过脉冲激光沉积LSAT衬底上生长的温度相关的光学响应。我们表明，太赫兹椭圆偏振是非常敏感的这些薄膜的光学响应，特别是软模式的SrTiO 3。我们表明，对于85 nm的薄膜的软模式的本征频率强烈降低退火在1200 C，而对于8.5 nm的薄膜，它是hardy影响。对于后者，退火后的模式保持在125 cm-1在300 K和仅表现出弱软化到约90 cm-1在10 K。这表明，由于LSAT衬底，该抗拉膜几乎不经历压缩应变的任何松弛。
2015-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin Oxide Films by Atomic Layer Deposition on Graphene
在本文中，提出了一种方法来创建和表征机械鲁棒的，独立的，可折叠的，氧化物薄膜与控制，纳米级的厚度使用原子层沉积（ALD）在石墨烯上。使用ALD将氧化铝膜沉积到悬浮的石墨烯膜上。随后对石墨烯的蚀刻只留下了几个原子厚度的纯氧化铝膜。使用加压起泡测试来确定这些抗静电膜具有154 \pm 13 GPa的杨氏模量。该杨氏模量与厚得多的氧化铝ALD膜相当。这种行为表明，这些二维薄膜具有优异的机械完整性。该膜也是标准气体不可渗透的，这表明它们是无针孔的。这些连续的薄膜有望在诸如薄膜涂层、膜和柔性电子器件等领域中实现新的应用。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
