作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 M3XN氮化物反钙钛矿和ABO3氧化物钙钛矿化合物的晶体结构及其界面示意图
(一)M3XN和ABO3理想晶胞，显示其几何相似的晶体结构和晶胞中的反向阴离子(N和O)和阳离子(M和B)位置
(2)M3XN和ABO3板分别表示为交替的AO和BO2以及M2N和MX平面的堆叠
两种不同的氧化物钙钛矿化合物ABO3和A′B′O3之间的两种已证实的原子级锐界面构型(A′O:BO2和B′O2:AO)的表示
ABO3和M3XN化合物之间四种可能的原子突变界面构型(MX:BO2、M2N:BO2、MX:AO和M2N:AO)的表示，取决于ABO3终止层
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aba4017 由复杂氧化物材料制成的工程异质结构或层状材料是新兴技术现象和应用的丰富来源
材料科学家的目标是开发新的材料功能，通过将氧化物钙钛矿与含有不同晶体学性质的基底连接起来，这是一条未经探索的途径
在一份新的报告中，卡米洛X
昆特拉和一个美国材料科学、物理和工程的国际组织
S
、挪威、中国和韩国提出了基于氮化物反钙钛矿和氧化物钙钛矿晶体的前所未有的材料设计方向
在这项工作中，他们成功地将两种被称为钙钛矿和反钙钛矿的晶体材料层叠在一起，以创建一种具有独特电学特性的界面，用于一类新的量子材料
在实验过程中，昆特拉等人
在表示为Mn3GaN的氮化物反钙钛矿和氧化物钙钛矿如(La0
3Sr0
7)(Al0
65Ta0
35)O3和钛酸锶(SrTiO3)
然后使用光谱技术和第一性原理计算，他们注意到两种反结构之间有一个连贯的界面单层合并，令人惊讶地调解了反钙钛矿/钙钛矿异质界面，超出了理论预测
研究结果将有助于开发自旋电子学超低功耗应用界面上令人兴奋的新特性，如晶体管、存储芯片和存储器件
这项工作现在发表在《科学进展》杂志上
Mn3GaN/LSAT界面的HAADF-STEM图像和相应记录的能谱
(一)和(二)[100]-Mn3GaN/LSAT界面的投影HAADF-STEM图像和(每幅图像下方)沿HAADF-STEM图像中黄色箭头代表的原子行的相应记录的能谱数据
穿过界面的能谱线剖面显示了界面处的主要锰信号
叠加在HAADF-STEM图像上的是基于EELS和EDS分析提出的界面原子构型
学分:科学进步，doi: 10
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aba4017 钙钛矿和反钙钛矿晶体 钙钛矿晶体通常是带有正负电荷离子的氧化物，具有良好的光学、磁学和电学性质
在反钙钛矿中，带正电和负电的离子的位置被翻转，以产生另一类具有不同于钙钛矿性质的材料
反钙钛矿材料是具有钙钛矿晶体结构的金属间材料，非常像它们的氧化物钙钛矿对应物，它们显示出各种可调的物理性质，包括超导性、铁磁性、磁阻和拓扑电子行为
在这样的反钙钛矿材料中，过渡金属基氮化物化合物，表示为M3XN，其中M等于过渡金属，X等于金属或半导体元素，是特别令人感兴趣的，对磁场、温度或压力具有高灵敏度
这种材料的敏感性源于M3XN化合物的强自旋-晶格耦合特性，这种特性可以通过应变工程来调节或操纵
此外，科学家已经利用ABO3氧化物钙钛矿的物理性质作为外部触发来调节反钙钛矿材料的功能
ABO3化合物是无与伦比的材料系统，由于其类似的结构，与M3XN氮化物反钙钛矿相结合，以促进外延生长(将不同的材料组装成单一薄膜)
为了探索原子层面的外延
研究了氮化物反钙钛矿和氧化物钙钛矿材料的界面结构和化学性质
氮化物反钙钛矿/氧化物钙钛矿界面的发展与表征 在这部作品中，昆德拉等人
在(La0)上制备高质量Mn3GaN薄膜
3Sr0
7)(Al0
65Ta0
35)O3(缩写为LSAT)和钛酸锶单晶衬底作为M3XN/ABO3界面的范例
利用x光衍射，他们在结构上表征了生长在直缝埋弧焊管衬底上的60纳米厚的Mn3GaN薄膜，并利用反射高能电子衍射监测了薄膜的外延生长和单相结构
结果显示了薄膜的高结晶质量和原始界面
生长在(001)取向直链淀粉衬底上的60纳米厚Mn3GaN的XRD结构表征
(一)广角θ-2θ光谱仅显示了直缝埋弧焊接衬底和Mn3GaN薄膜的(00l)反射，证明薄膜是(001)取向的单相薄膜
插图显示了生长后镜面衍射斑点的配准反射高能电子衍射(RHEED)图案
(二)Mn3GaN薄膜(002)衍射峰附近的短程θ-2θ扫描显示出基耶西条纹，表明薄膜具有原始界面和高结晶质量
(002) Mn3GaN峰的摇摆曲线
(mn3gan和LSAT (022)峰周围的360度ϕ-scans表明立方对立方外延关系
LSAT (-113)倒易格点周围的倒易空间映射表明Mn3GaN是应变弛豫的
a
u
，任意单位
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aba4017 为了了解Mn3GaN/LSAT界面的结构和化学组成
将原子分辨率扫描透射电子显微术与电子能量损失光谱学和能量色散x光光谱学相结合
第一界面Mn3GaN单层显示出交替的亮点和暗点的图案，以指示界面处的组成或结构重新配置
利用模拟和结构化学分析，研究小组展示了通过尖锐的界面单层介导的从LSAT衬底到Mn3GaN膜的转变
为了确定这种界面单层的原子结构
进行了额外的STEM和EDS研究，并展示了具有旋转对称性的二维(二维)周期结构中的原子排序
第一原理计算 该小组进行了第一性原理计算，以研究由原子分辨率实验得出的界面模型的稳定性
使用模拟，他们计算地层能量以测试稳定性，并确认界面模型能量稳定
然而，额外的工作显示了实验研究和理论研究之间的明显差异，科学家们认为这是在存在能量势垒的情况下Mn3GaN开始生长的原因，在能量势垒中，这种差异阻止了系统从局部能量最小放松到全局能量最小
Quintela等人
在他们的工作中进一步探索了这个假设
实验和理论相结合的研究显示了界面单层如何作为钙钛矿衬底和反钙钛矿膜之间的结构桥，在具有不同化学组成和结合的非同质结构(不同晶体结构)材料之间建立异质外延
基于我们实验结果的Mn3GaN/LSAT异质界面图解
(一)Mn3GaN/LSAT异质界面的[100]透视图
第二层的橙色线是眼睛的向导，显示了锰和镓原子的弯曲
Mn3GaN/LSAT异质界面表示为原子晶胞平面的堆积
(C) [001]氮化锰界面层(上图)和氮化锰层与(铝/钽)O2直缝埋弧焊接终止层重叠的投影(下图)
虚线方块代表界面MnN晶胞
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aba4017
就这样，卡米洛X
Quintela和他的同事们第一次认识到了原子级的尖锐桥接结构作为氮化物反钙钛矿和氧化物钙钛矿之间的外延界面
这项工作为使用具有不同晶体化学性质的材料开发一类新的外延异质结构迈出了关键的一步
设计新型异质界面的潜力为操纵界面物理性质和建立新的物质状态提供了一个令人兴奋的平台
由于包括反铁磁自旋电子学在内的这些材料的宽量子势，反铁磁和钙钛矿外延异质结构的合理设计对于性能调谐和功能器件设计具有重要意义
该团队设想这一战略将为材料设计和工程打开一个激动人心的新篇章
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