Typické feroelektrické vlastnosti a magnetismus jsou chemicky vyloučeny v ABO3 perovskitových materiálech. Přítomnost neobsazených B d orbitalů a B d – O 2p hybridního orbital jsou považovány za příčinu polárního feroelektrického zkreslení (např. Ti 3d – O 2p v BaTiO3) v mnoha perovskitových feroelektrikách, zatímco částečně zaplněné 3d nebo 5f orbital jsou nezbytnou podmínkou pro vznik magnetismu. Navíc feromagnetická vazba je upřednostňována, pokud hustota stavů na Fermiho hladině je dostatečně velká. Zde ukazujeme, že d0feromagnetismu může být dosaženo na nábojově nevyváženém rozhraní mezi nemagnetickými perovskitovými feroelektriky.
Epitaxní tenké vrstvy KTaO3, KNbO3 a NaNbO3 jsou připraveny na monokrystalické substráty SrTiO3 zakončené titanem. Výpočty na základě prvních principů ukazují, že nábojová nerovnováha na rozhraní mezi těmito tenkými vrstvami a SrTiO3 substrátem může vnést díry do SrTiO3 a indukovat d0feromagnetický 2D polokovový děrový plyn na mezistěnových kyslíkových 2p orbitalech. Přítomnost takových mezistěnových vrstev je experimentálně stanovena pomocí spektrální elipsometrie. Studium magnetických vlastnosti prokazuje feromagnetické chování za pokojové teploty. Díky tomuto jevu je možné získat materiály kombinující polární a magnetické uspořádání bez magnetických prvků.
SQUID naměřená celková magnetizace jako funkce externího magnetického pole stanovená za pokojové teploty na deponovaných 10x5 mm2 tenkých vrstvách KTaO3/SrTiO3 (červeně), KNbO3/SrTiO3 (modře) a NaNbO3/SrTiO3 (černě).
1COMP Centre of Excellence, Department of Applied Physics, Aalto University, P.O. Box 11100, 00076 Aalto, Helsinki, Finland
2Microelectronics and Materials Physics Laboratories, University of Oulu, P.O. Box 4500, 90014 Oulunyliopisto, Finland
3Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, Na Slovance 2, 182 21 Prague 8, Czech Republic
4NanoSpin, Department of Applied Physics, Aalto University, P.O. Box 15100, 00076 Aalto, Helsinki, Finland
Copyright © 2008-2014, Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
