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印度JNCASR Phys. Rev. Lett.: 强关联反铁磁性CrN中磁应力驱动的金属-绝缘体转变

时间：2023-10-17 来源： 浏览：

印度JNCASR Phys. Rev. Lett.: 强关联反铁磁性CrN中磁应力驱动的金属-绝缘体转变

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2023年9月22日，Phys. Rev. Lett.在线发表了印度贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心 (JNCASR) Bivas Saha 课题组的研究论文，题目为《 Magnetic Stress-Driven Metal-Insulator Transition in Strongly Correlated Antiferromagnetic CrN 》。

自从1939年第一次观察到磁铁矿的Verwey转变以来，金属-绝缘体相变 （MIT） 以其基础科学知识和广泛器件应用 吸引了一代又一代的科学家和工程师。传统上， 金属- 绝缘体相变 在大多数公认的量子材料中都是由 Mott-Hubbard 机制控制的，其中过渡金属中的强大电子排斥将 系统从 金属态 驱动 到绝缘态。在强关联量子材料中，库仑 排斥 或 Peierls 不稳定性导致金属-绝缘体 相变 。相比之下，预测磁应力将驱动表现出强自旋-晶格耦合的材料中的金属-绝缘体转变。然而，这种机制缺乏实验验证和深入理解。

在此研究中，作者证明了在原型材料氮化铬（ CrN ）中存在磁应力驱动的金属-绝缘体转变。结构、磁性、电子输运特性和第一性原理建模分析表明， CrN中的相变温度与应变控制的各向异性磁应力成正比 。 压缩应变增加了磁应力，导致了 梦寐以求 的室温转变 。相反， 拉伸应变和非磁性阳离子的加入削弱了磁应力，降低了转变温度 。金属-绝缘体相变的新物理起源发现将关联材料中的自旋、电荷和晶格自由度统一起来，标志着一种新的范式，并可能带来新的器件功能。

图1 (a) CrN中非自旋极化到AFM非自旋极化转变伴随着结构转变的示意图；(b) 弛豫和应变薄膜的温度依赖电阻率； (c) 转变温度随面内应变的演变；(d) CrN中磁应力随外延应变变化的示意图；(e) STO衬底上 10 nm CrN 的电阻率随温度变化

图2  (a) STO衬底上沉积的10 nm CrN的M-vs-T图 ；(b) STO衬底上10 nm/10 nm Cr N/M n 3 AlN 双层体系 中的交换偏压

图3 STO衬底上240 nm 厚 (a-c) 弛豫 和10 nm厚 (d-f) 应变 CrN薄膜的ω−2θ XRD衍射图

图4 (a) Cr-3d轨道对CrN电子结构的贡献；(b) 反铁磁交换相互作用能(J 1 )随外延应变的变化；(c-d) 磁化率(χ m )和比热(C v )随温度的自旋动力学模拟

【 论文链接 】
Biswas, B., Rudra, S., Rawat, R.S. et al.  Magnetic Stress-Driven Metal-Insulator Transition in Strongly Correlated Antiferromagnetic CrN . Phys. Rev. Lett. , 2023 , 131, 126302 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.126302

【其他相关文献】

[1] Bhobe, P.A., Chainani, A., Taguchi, M. et al. Evidence for a Correlated Insulator to Antiferromagnetic Metal Transition in CrN. Phys. Rev. Lett ., 2010 , 104, 236404. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.236404
[2]  Jin, Q., Cheng, H., Wang, Z. et al. Strain-Mediated High Conductivity in Ultrathin Antiferromagnetic Metallic Nitrides. Adv. Mater. , 2021 , 33, 2005920. https://doi.org/10.1002/adma.202005920

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