The spin polarized two dimensional electron gas in the correlated ABO3/SrTiO3 (A = Pr, Nd and B = Al, Ga) heterostructures is investigated by ab-initio calculations using density functional theory. Structural relaxation shows a strong buckling at and near the TiO2 terminated n-type interface (IFs) due to significant TiO6 octahedral distortions. We find in all cases, metallic states in a very narrow region of the SrTiO3, in agreement with experimental results. We demonstrate that the interface magnetism strongly reacts to the magnitude of the lattice strain. The orbital occupations and, hence, the charge carrier density change systematically as a function of the lattice mismatch between the component materials.
REFERENCES
1.
S.
Okamoto
and A. J.
Millis
, Nature
428
, 630
(2004
).2.
H. W.
Jang
, D. A.
Felker
, C. W.
Bark
, Y.
Wang
, M. K.
Niranjan
, C. T.
Nelson
, Y.
Zhang
, D.
Su
, C. M.
Folkman
, S. H.
Baek
, S.
Lee
, K.
Janicka
, Y.
Zhu
, X. Q.
Pan
, D. D.
Fong
, E. Y.
Tsymbal
, M. S.
Rzchowski
, and C. B.
Eom
, Science
331
, 886
(2011
).3.
E. J.
Monkman
, C.
Adamo
, J. A.
Mundy
, D. E.
Shai
, J. W.
Harter
, D.
Shen
, B.
Burganov
, D. A.
Muller
, D. G.
Schlom
, and K. M.
Shen
, Nature Mater.
11
, 855
(2012
).4.
A.
Ohtomo
and H. Y.
Hwang
, Nature (London)
427
, 423
(2004
).5.
C.
Cen
, S.
Thiel
, G.
Hammerl
, C. W.
Schneider
, K. E.
Andersen
, C. S.
Hellberg
, J.
Mannhart
, and J.
Levy
, Nature Mater.
7
, 298
(2008
).6.
C.
Cen
, S.
Thiel
, J.
Mannhart
, and J.
Levy
, Science
323
, 1026
(2009
).7.
R.
Arras
, V. G.
Ruiz
, W. E.
Pickett
, and R.
Pentcheva
, Phys. Rev. B
85
, 125404
(2012
).8.
D. A.
Dikin
, M.
Mehta
, C. W.
Bark
, C. M.
Folkman
, C. B.
Eom
, and V.
Chandrasekhar
, Phys. Rev. Lett.
107
, 056802
(2011
).9.
M. M.
Mehta
, D. A.
Dikin
, C. W.
Bark
, S.
Ryu
, C. M.
Folkman
, C. B.
Eom
, and V.
Chandrasekhar
, Nat. Commun.
3
, 955
(2012
).10.
B.
Kalisky
, J. A.
Bert
, B. B.
Klopfer
, C.
Bell
, H. K.
Sato
, M.
Hosoda
, Y.
Hikita
, H. Y.
Hwang
, and K. A.
Moler
, Nat. Commun.
3
, 922
(2012
).11.
C. W.
Bark
, D. A.
Felker
, Y.
Wang
, Y.
Zhang
, H. W.
Jang
, C. M.
Folkman
, J. W.
Park
, S. H.
Baek
, H.
Zhou
, D. D.
Fong
, X. Q.
Pan
, E. Y.
Tsymbal
, M. S.
Rzchowski
, and C. B.
Eom
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
108
, 4720
(2011
).12.
P.
Perna
, D.
Maccariello
, M.
Radovic
, U.
Scotti di Uccio
, I.
Pallecchi
, M.
Codda
, D.
Marr
, C.
Cantoni
, J.
Gazquez
, M.
Varela
, S. J.
Pennycook
, and F. M.
Granozio
, Appl. Phys. Lett.
97
, 152111
(2010
).13.
C.
Aruta
, S.
Amoruso
, R.
Bruzzese
, X.
Wang
, D.
Maccariello
, F.
Miletto Granozio
, and U.
Scotti di Uccio
, Appl. Phys. Lett.
97
, 252105
(2010
).14.
S.
Nazir
, N.
Singh
, and U.
Schwingenschlögl
, Appl. Phys. Lett.
98
, 262104
(2011
).15.
C.
Aruta
, S.
Amoruso
, G.
Ausanio
, R.
Bruzzese
, E.
di Gennaro
, M.
Lanzano
, F. M.
Granozio
, M.
Riaz
, A.
Sambri
, U.
Scotti di Uccio
, and X.
Wang
, Appl. Phys. Lett.
101
, 031602
(2012
).16.
M.
Takizawa
, H.
Wadati
, K.
Tanaka
, M.
Hashimoto
, T.
Yoshida
, A.
Fujimori
, A.
Chikamatsu
, H.
Kumigashira
, M.
Oshima
, K.
Shibuya
, T.
Mihara
, T.
Ohnishi
, M.
Lippmaa
, M.
Kawasaki
, H.
Koinuma
, S.
Okamoto
, and A. J.
Millis
, Phys. Rev. Lett.
97
, 057601
(2006
).17.
S. S. A.
Seo
, W. S.
Choi
, H. N.
Lee
, L.
Yu
, K. W.
Kim
, C.
Bernhard
, and T. W.
Noh
, Phys. Rev. Lett.
99
, 266801
(2007
).18.
J.
Biscaras
, N.
Bergeal
, A.
Kushwaha
, T.
Wolf
, A.
Rastogi
, R. C.
Budhani
, and J.
Lesueur
, Nat. Commun.
1
, 89
(2010
).19.
J.
Biscaras
, N.
Bergeal
, S.
Hurand
, C.
Grossetete
, A.
Rastogi
, R.
Budhani
, D.
LeBoeuf
, C.
Proust
, and J.
Lesueur
, Phys. Rev. Lett.
108
, 247004
(2012
).20.
S.
Ueda
, N.
Kawakami
, and M.
Sigrist
, Phys. Rev. B
85
, 235112
(2012
).21.
A.
Annadi
, A.
Putra
, Z. Q.
Liu
, X.
Wang
, K.
Gopinadhan
, Z.
Huang
, S.
Dhar
, T.
Venkatesan
, and Ariando
, Phys. Rev. B
86
, 085450
(2012
).22.
U.
Scotti di Uccio
, C.
Aruta
, C.
Cantoni
, E. D.
Gennaro
, A.
Gadaleta
, A. R.
Lupini
, D.
Maccariello
, D.
Marré
, I.
Pallecchi
, D.
Paparo
, P.
Perna
, M.
Riaz
, and F. M.
Granozio
, e-print arXiv:1206.5083.23.
P.
Blaha
, K.
Schwarz
, G.
Madsen
, D.
Kvasicka
, and J.
Luitz
, wien2k, An Augmented Plane Wave + Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties
(Technical University of Vienna
, Vienna
, 2001
).24.
M.
Djermouni
, A.
Zaoui
, S.
Kacimi
, and B.
Bouhafs
, Comput. Mater. Sci.
49
, 904
(2010
).25.
G. A.
Geguzina
and V. P.
Sakhnenko
, Crystallogr. Rep.
49
, 15
(2004
).26.
R. L.
Moreira
and A.
Dias
, J. Phys. Chem. Solids
68
, 1617
(2007
).27.
A. H.
Reshak
, M.
Piasecki
, S.
Auluck
, I. V.
Kityk
, R.
Khenata
, B.
Andriyevsky
, C.
Cobet
, N.
Esser
, A.
Majchrowski
, O. M.
Swirkowicz
, R.
Diduszko
, and W.
Szyrski
, J. Phys. Chem. B
113
, 15237
(2009
).28.
U.
Schwingenschlögl
and C.
Schuster
, Chem. Phys. Lett.
467
, 354
(2009
);U.
Schwingenschlögl
and C.
Schuster
, EPL
81
, 17007
(2008
).29.
U.
Schwingenschlögl
and C.
Schuster
, EPL
86
, 27005
(2009
).30.
M. S.
Park
, S. H.
Rhim
, and A. J.
Freeman
, Phys. Rev. B
74
, 205416
(2006
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.