美國橡樹嶺國家實驗室Science Advances：LaCoO3薄膜中的納米鐵彈性孿晶

【引言】

具有菱形晶格結構的復雜鈣鈦礦氧化物是鐵彈性材料的一類，通過體對角線拉伸導致的結構變形可驅動鐵彈性響應。為了使總彈性能最小化，鐵彈性氧化物通常以與疇壁相關的界面能為代價形成孿晶疇。由于相鄰區域之間的應變相容性條件，穿過單晶的鐵彈性疇壁總是有規律地排列，形成準一維(1D)疇結構。這種獨特的周期性鐵彈性疇僅在體材料中觀察到。

LaCoO₃(LCO)是一種鐵彈性鈣鈦礦氧化物。與體LCO不同，外延應變LCO薄膜在低溫下表現出鐵磁性。在薄膜中，鐵彈性疇的取向受到基底形態的強烈影響。對于鄰近基底，斜切角（ɑ和β）是決定平面內疇結構的兩個基本參數。通過控制將ɑ接近于零，則鐵彈性薄膜沿優選方向生長[(100)或(010)]。因此，可以實現單向結構孿晶排列。

【成果簡介】

近日，美國橡樹嶺國家實驗室Michael R. Fitzsimmons與Ho Nyung Lee(共同通訊作者)在Science Advances上發表了題為“Nanoscale ferroelastic twins formed in strained LaCoO₃ films”的文章，第一作者為Er-Jia Guo。研究人員選擇具有雙重旋轉對稱性的基板來實現單向結構調制，展示了鐵彈性薄膜中1D和棋盤狀孿晶疇的穩定性，證明了表面誤切方向的微小變化或晶體對稱性的選擇在鐵彈性孿晶疇的形成中起著至關重要的作用。

【圖文導讀】

圖一 LCO薄膜中的1D孿晶疇
?(a) 一維周期性孿晶疇示意圖

(b) 條紋狀鐵彈性孿晶疇的俯視圖

(c) 基底<103>倒易點陣

(d) <002>衍射擺動曲線

圖二 單向結構扭曲調制軌道偏振
(a) XAS和XLD測量的散射幾何示意圖

(b) XAS

(c) XLD

圖三 面內磁各向異性
(a) M(H)磁滯回線

(b) M(T)曲線

(c) 面內磁化調制

(d) 能級圖

圖四 正交基板引起的的面內磁各向異性
(a) 正交(110)NGO晶格結構俯視圖

(b) Co L邊緣的XMCD光譜

(c) nSLD

(d) LCO薄膜的磁矩深度剖面

【小結】

基板形態和晶體學對稱性在LCO外延薄膜中影響形成鐵彈性孿晶疇。 通過表面改性的立方基底或正交基底可實現對磁各向異性的精細控制。由于誘導的雙重旋轉對稱性，以疇壁能量為代價使彈性應變能最小化之間的競爭會導致形成1D孿晶疇。

文獻鏈接：Nanoscale ferroelastic twins formed in strained LaCoO₃ films(Science Advances, 2019, DOI:?10.1126/sciadv.aav5050)

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