Spin Spirals and Charge Textures in Transition-Metal-Oxide Heterostructures

این پایان‌نامه نتایج آزمایش‌های پراکندگی پرتو ایکس رزونانسی و غیررزونانسی را ارائه می‌کند که کنترل پدیده‌های مرتب‌سازی جمعی را در ابرشبکه‌های همپایه‌ای مبتنی بر اکسید نیکل و اکسید مس نشان می‌دهد. سه نتیجه برجسته گزارش شده است: (1) ابرشبکه های LaNiO3-LaAlO3 با کمتر از سه لایه متوالی NiO2 یک موج تراکم اسپین مارپیچی جدید را نشان می دهند، در حالی که ابرشبکه هایی با پشته های لایه اکسید نیکل ضخیم تر، پارامغناطیس باقی می مانند. بنابراین انتقال مغناطیسی توسط ابعاد سیستم الکترونی تعیین می شود. صفحه پلاریزاسیون موج چگالی اسپین را می توان با کرنش همپایی و محصور فضایی الکترون های رسانا تنظیم کرد. (2) آزمایش‌های بیشتر روی همان سیستم یک انتقال فاز ساختاری غیرعادی را نشان داد که توسط ضخامت کلی ابرشبکه‌ها کنترل می‌شود. انتقال بین حالت‌های یکنواخت و دو دامنه به لایه‌های نیکلیت محدود می‌شود و لایه‌های آلومینات را بی‌تأثیر می‌گذارد. (3) ابرشبکه‌های مبتنی بر ابررسانا با دمای بالا YBa2Cu3O7 نظم موج چگالی بار نامتناسبی را نشان می‌دهند که توسط رابط‌های ناهمسان تثبیت می‌شود. این نتایج نشان می‌دهد که رابط‌ها می‌توانند به‌عنوان ابزار قدرتمندی برای دستکاری برهم‌کنش بین ترتیب چرخش، مرتبه بار و ابررسانایی در کاپرات‌ها و سایر اکسیدهای فلزات واسطه عمل کنند.

This thesis presents the results of resonant and non-resonant x-ray scattering experiments demonstrating the control of collective ordering phenomena in epitaxial nickel-oxide and copper-oxide based superlattices. Three outstanding results are reported: (1) LaNiO3-LaAlO3 superlattices with fewer than three consecutive NiO2 layers exhibit a novel spiral spin density wave, whereas superlattices with thicker nickel-oxide layer stacks remain paramagnetic. The magnetic transition is thus determined by the dimensionality of the electron system. The polarization plane of the spin density wave can be tuned by epitaxial strain and spatial confinement of the conduction electrons. (2) Further experiments on the same system revealed an unusual structural phase transition controlled by the overall thickness of the superlattices. The transition between uniform and twin-domain states is confined to the nickelate layers and leaves the aluminate layers unaffected. (3) Superlattices based on the high-temperature superconductor YBa2Cu3O7 exhibit an incommensurate charge density wave order that is stabilized by heterointerfaces. These results suggest that interfaces can serve as a powerful tool to manipulate the interplay between spin order, charge order, and superconductivity in cuprates and other transition metal oxides.