中山大学郑跃教授团队在多铁性氧化物异质结方面取得新进展

磁阻(MR)是指在外加磁场时导体或半导体的电阻发生变化的现象。通常定义为[R(H)−R(0)]/R(0)×100%，其中R(H)和R(0)分别是有磁场和无磁场时的电阻率，其大小的改变可以对应于存储信息中的0和1。因此，磁阻现象在新型逻辑器件和随机存储器(MRAM)等许多应用中具有巨大潜力。近年来，在MR研究方面取得了丰富的进展，发现了越来越多具有正MR效应的材料系统，例如半导体、范德瓦尔斯异质结和氧化物材料。多铁性氧化物体系由于其电荷、晶格、轨道和自旋自由度的相互作用，为新现象的出现和调控提供了广阔的平台。

利用磁电异质结的界面工程是控制薄膜性质的高效手段。例如，铁电材料的自发极化可以通过应力与电荷实现对薄膜性能的调控。铁电材料的面外晶格常数的大小对薄膜调控起着重要的作用。在薄膜生长过程中，随着晶格弛豫会出现[100] 的刃型位错。而对面外晶格常数影响较大的[001] 的刃型位错出现较少。最近，广东省磁电物性分析与器件重点实验室科研团队利用激光脉冲沉积技术制备了BaTiO3/LaSrMnO3磁电异质结。其中，铁电层BTO具有较大的面外晶格常数，通过TEM与XRD表征发现，其较大的晶格常数来源于薄膜中存在数量较多的[001] 的刃型位错。

图1 BTO/LSMO磁电异质结中的[001] 刃型位错

基于这种较大面外晶格常数的BTO，在LSMO中诱导了正磁阻现象，并且通过磁性与输运测试发现，这种磁阻信号会受历史性的施加磁场而改变。从初始的正磁阻转变为负磁阻。在磁阻信号的转变过程中伴随着磁序的转变。此外，通过高温退火可以实现负磁阻到正磁阻的转变，该转变温度要远高于LSMO中的磁相变温度。基于此提出了正磁阻来源于LSMO中的大面外晶格常数诱导的高温电荷/轨道有序反铁磁相的机理。

图2 BTO/LSMO中正磁阻效应及其磁性与输运随历史性施加磁场的改变

图3 BTO/LSMO磁阻随退火温度的变化以及在磁场与退火下磁序转变示意图

该成果以“Edge dislocation with [001] induced positive magnetoresistance in BaTiO3/La0.66Sr0.33MnO3 heterostructure”为题发表在国际知名期刊《Acta Materialia》上。该工作由中山大学独立完成，物理学院、广东省磁电物性分析与器件重点实验室郑跃教授、张帮敏副教授为论文通讯作者，博士研究生王朝阳为第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委、广东省自然科学基金、广东省磁电物性分析与器件重点实验室以及光电材料与技术国家重点实验室的大力支持与协助。