First principle study of the electronic and magnetic properties of NNO/LSMO superlattices
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Helio Chacham
Valentina Martelli
Júlio Criginski Cezar
Valentina Martelli
Júlio Criginski Cezar
Resumo
The rare-earth nickelates RNiO3 (R = Pr, Nd, ...) are a family of correlated materials that
exhibit metal-insulator transitions (MITs) and magnetic properties highly influenced by
structural parameters. For the NdNiO3 (NNO), the MIT occurs at the same temperature as
an antiferromagnetic (AFM) ordering, linking the MIT to different degrees of freedom. In a
recent experimental study, it was observed that it is possible to suppress the MIT of NNO
by growing a thin film of it on top of the ferromagnetic (FM) half-metal La2/3 Sr1/3 MnO3
(LSMO) under the epitaxial strain of NdGaO3 . In this case, it was observed the emergence
of a finite average magnetic moment coming from the Ni atoms, which appear to be in
FM coupling with the Mn. This indicates a possible connection between the electronic
state of NNO and its magnetic ordering. It is, however, not clear how this occurs in
the heterostructure, giving space for a meticulous theoretical study of this system. In
this work, we investigate the structural, electronic, and magnetic properties of NdNiO3 / La2/3 Sr1/3 MnO3 (NNO/LSMO) superlattices under the epitaxial strain of NdGaO3 (NGO)
using density functional theory with Hubbard U correction (DFT+U) calculations, aiming
to uncover the underlying physics that emerges at this complex interface. Our findings
reveal that LSMO induces insignificant structural distortions on the NiO6 octahedra, and
that there is a negligible charge transfer between LSMO and NNO. We find an intricate
magnetic order regarding the interfacial Ni local moments, where we observe a coexistence
of ferromagnetic interactions between interfacial Ni and Mn atoms, and antiferromagnetic
interactions between inner Ni ions. There is, however, the appearance of a net magnetic
moment in the interfacial Ni ions, which couple ferromagnetically with the Mn ions of
LSMO, in good agreement with experimental results. We also observe the metallization
of NNO through the emergence of a half-metallic density of states in the same spin
channel as LSMO, which becomes suppressed the further we move away from the interface.
Our theoretical findings agrees well with recent experimental data, shedding light on
the complex interplay between the induced magnetic order and the electronic properties
(transport) of NNO.
Abstract
Os niquelatos de terras raras RNiO3 (R = Pr, Nd, ...) são uma família de materiais
correlacionados que apresentam transições metal-isolante (TMIs) e magnéticas bastante
influenciadas por parâmetros estruturais. Para o NdNiO3 (NNO), a TMI ocorre na mesma
temperatura em que há um ordenamento antiferromagnético (AFM), o que associa a TMI
a diferentes graus de liberdade. Em um estudo experimental recente, foi observado que é
possível suprimir a TMI do NNO crescendo um filme fino do mesmo sobre o meio-metal
ferromagnético (FM) La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO). Neste caso foi observado o surgimento de
um momento magnético médio finito nos átomos de Ni, em um acoplamento FM com os Mn.
Isto indica uma conexão entre o estado eletrônico do NNO e seu ordenamento magnético,
porém não está claro como isto ocorre na heteroestrutura, abrindo espaço para um estudo
teórico meticuloso deste sistema. Neste trabalho, investigamos as propriedades estruturais,
eletrônicas e magnéticas de superredes de NdNiO3/La2/3Sr1/3MnO3 (NNO/LSMO) sob a
tensão epitaxial do NdGaO3 (NGO) por meio de cálculos baseados na teoria do funcional
da densidade com correção de Hubbard (DFT+U), com o objetivo de revelar a física
subjacente que emerge nesta interface complexa. Nossos resultados revelam que o LSMO
induz distorções estruturais insignificantes nos octaedros de NiO6, e que a transferência de
carga na interface é negligenciável. Além disto, nossos resultados também apontam um
complexo ordenamento magnético relacionado aos momentos locais interfaciais do Ni, onde
observamos uma coexistência de interações ferromagnéticas entre os átomos interfaciais
de Ni e Mn, e interações antiferromagnéticas entre os íons mais internos de Ni. Há, no
entanto, o aparecimento de um momento magnético resultante proveniente dos íons de
Ni interfaciais, que se acoplam ferromagneticamente aos íons de Mn do LSMO, em boa
concordância com os resultados experimentais. Também foi observada a metalização do
NNO por meio da emergência de uma densidade de estados meio-metálica no mesmo canal
de spin que o LSMO, a qual é suprimida conforme nos afastamos da interface. Nossos
achados teóricos concordam bem com dados experimentais recentes, lançando luz sobre a
complexa interação entre a ordem magnética induzida e as propriedades eletrônicas (de
transporte) do NNO.
Assunto
Teoria do funcional da densidade, Óxidos, Magnetismo
Palavras-chave
DFT, DFT+U, Perovskites, Nickelates, Manganites, Oxide interfaces, Magnetism
Citação
Departamento
Endereço externo
Avaliação
Revisão
Suplementado Por
Referenciado Por
Licença Creative Commons
Exceto quando indicado de outra forma, a licença deste item é descrita como Acesso restrito