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La0.7Ca0.3MnO3/LaNiO3界面的费米能级偏移、电荷转移及其诱发的磁性耦合

   

近年来,氧化物异质界面受到了研究者的广泛关注。这是由于氧化物异质界面上3d电子的自旋、电荷和轨道的相互作用,诱发了许多新的物理现象,包括铁磁性,铁电性和超导性等,因而具有丰富的物理内涵。界面上的3d电子的轨道重建和氧空位作为重要的调控因素可以有效地调整的界面性质。界面上的电荷转移作为另一个重要因素可以讨论新的物理现象的起源。然而,电荷转移是否会导致钙钛矿锰氧化物界面的磁性耦合仍存在争议。为此,我们利用X射线光电子能谱(XPS)对La0.7Ca0.3MnO3/LaNiO3 (LCMO/LNO)异质结界面的电子结构做了详细地研究。首先,我们在LCMO/LNO异质结中观察到了一个比较大的磁性耦合。XPS研究结果表明,在LCMO/LNO界面区域,费米能级发生了连续地偏移。而且,在LCMO/LNO界面区域,Mn和Ni离子之间的电荷转移为Mn3+-Ni3+ → Mn4+-Ni2+,并且伴随着氧空位的生成。由于界面电荷转移可以产生巡游电子,导致在Mn 2p的核能级的低结合能处出现了一个“肩峰”。根据费米能级位置和电荷转移模式,可以描绘出轨道重构。根据以上实验结果,可以认为Mn4+和Ni2+和离子之间的铁磁相互作用产生了新的磁区而钉扎了LCMO的磁畴,所以在LCMO/LNO界面上引起了磁性耦合。相关研究结果已发表在SCIENTIFIC REPORTS,5, 8460 (2015)。

Fig. 4 (a) Mn 2p-spectra of the Bulk LCMO that record about 4 nm to the LCMO/LNO interface. (b) Mn 2p-spectra at the LCMO/LNO interface. (c) A two-dimensional contour map of the Mn 2p3/2 and Mn 2p1/2 spectra, recorded all the data across the LCMO/LNO interface in the interface region. The charge transfer may happen in the interface region where the eg electrons of Mn3+ ion near EF may hop to nearby new states, decreasing the Mn3+/Mn4+ ratio.

Fig. 4.Schematic illustrations of the XPS procedures and the binding energies of different core-level electrons.

 

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