First principle study of the electronic and magnetic properties of NNO/LSMO superlattices

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.