SrTiO3限域SrRuO3/SrIrO3双层异质结构中铁磁性抑制与反常霍尔效应增强的协同调控

《Applied Surface Science》：Enhancing anomalous Hall effect with suppressed ferromagnetism in the SrTiO 3-confined bilayer heterostructure of ultrathin SrRuO 3 and SrIrO 3

本文报道了通过SrTiO3(STO)限域的SrRuO3(SRO)/SrIrO3(SIO)单层异质结构实现的反常霍尔效应(AHE)增强现象。研究发现界面Ru-Ir杂化在抑制铁磁性(FM)和垂直磁各向异性(PMA)的同时，显著提升了AHE响应，为复杂氧化物界面工程与量子限域效应的协同调控提供了新范式。

　　

Highlight

实验方法

通过脉冲激光沉积技术在STO(001)衬底上制备了(SRO)₁/(SIO)₁/(STO)₁和(SRO)₁/(SIO)₁/(STO)₂限域双层超晶格。利用反射高能电子衍射(RHEED)实时监测层状生长，在700°C、115 mTorr氧气压力和2 J/cm²激光能量下实现原子级精度外延。

结果与讨论

图1(a,b)的透射电镜(TEM)图像验证了限域双层结构的成功构建。X射线衍射(图1c)超晶格峰和劳厄条纹证实了优异的超周期外延质量。围绕(103)布拉格峰的倒易空间映射(图1d,e)显示超晶格面内晶格与衬底完全共格。

我们首先发现限域SRO/SIO双层虽保持铁磁(FM)基态，但居里温度T_C较SRO单层明显降低，垂直磁各向异性(PMA)也被抑制。有趣的是，这种"弱磁"状态反而伴随显著增强的反常霍尔效应(AHE)。第一性原理计算揭示，界面Ru-Ir杂化重构了费米面附近电子结构，诱导了贝里曲率奇点，从而放大了AHE响应。同时，X射线磁圆二色性(XMCD)证实Ir磁矩与Ru形成反铁磁(AFM)耦合，这种独特的自旋构型进一步促进了拓扑霍尔分量的产生。

结论

总之，我们通过单层SRO/SIO/STO超晶格实现了量子限域与界面耦合的协同作用。尽管铁磁性被抑制，但界面电子态工程成功诱导出增强的反常霍尔效应，为设计具有奇异电子输运性质的氧化物异质结提供了新思路。