The strain effect from a substrate is an important experimental route to control electronic and magnetic properties in transition-metal oxide (TMO) thin films. Using hard x-ray photoemission spectroscopy, we investigate the strain dependence of the valence states in LaNiO3 thin films, strongly correlated perovskite TMO, grown on four substrates: LaAlO3, (LaAlO3)0.3(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7, SrTiO3, and DyScO3. A Madelung potential analysis of core-level spectra suggests that the point-charge description is valid for the La ions, while it breaks down for Ni and O ions due to a strong covalent bonding between the two. A clear x-ray photon-energy dependence of the valence spectra is analyzed by the density functional theory, which points to the presence of the La 5p state near the Fermi level.
References
1.
M.
Imada
, A.
Fujimori
, and Y.
Tokura
, Rev. Mod. Phys.
70
, 1039
(1998
).2.
J.
Chaloupka
and G.
Khaliullin
, Phys. Rev. Lett.
100
, 016404
(2008
).3.
P.
Hansmann
, X.
Yang
, A.
Toschi
, G.
Khaliullin
, O. K.
Andersen
, and K.
Held
, Phys. Rev. Lett.
103
, 016401
(2009
).4.
P.
Hansmann
, A.
Toschi
, X.
Yang
, O. K.
Andersen
, and K.
Held
, Phys. Rev. B
82
, 235123
(2010
).5.
G.
Catalan
, Phase Transitions
81
, 729
(2008
).6.
S.
Middey
, J.
Chakhalian
, P.
Mahadevan
, J. W.
Freeland
, A. J.
Millis
, and D. D.
Sarma
, Annu. Rev. Mater. Res.
46
, 305
(2016
).7.
S.
Catalano
, M.
Gibert
, J.
Fowlie
, J.
Íñiguez
, J.-M.
Triscone
, and J.
Kreisel
, Rep. Prog. Phys.
81
, 046501
(2018
).8.
J. B.
Torrance
, P.
Lacorre
, A. I.
Nazzal
, E. J.
Ansaldo
, and C.
Niedermayer
, Phys. Rev. B
45
, 8209
(1992
).9.
J.
Son
, P.
Moetakef
, J. M.
LeBeau
, D.
Ouellette
, L.
Balents
, S. J.
Allen
, and S.
Stemmer
, Appl. Phys. Lett.
96
, 062114
(2010
).10.
J.
Liu
, S.
Okamoto
, M.
van Veenendaal
, M.
Kareev
, B.
Gray
, P.
Ryan
, J. W.
Freeland
, and J.
Chakhalian
, Phys. Rev. B
83
, 161102(R)
(2011
).11.
R.
Scherwitzl
, S.
Gariglio
, M.
Gabay
, P.
Zubko
, M.
Gibert
, and J.-M.
Triscone
, Phys. Rev. Lett.
106
, 246403
(2011
).12.
A. V.
Boris
, Y.
Matiks
, E.
Benckiser
, A.
Frano
, P.
Popovich
, V.
Hinkov
, P.
Wochner
, M.
Castro-Colin
, E.
Detemple
, V. K.
Malik
, C.
Bernhard
, T.
Prokscha
, A.
Suter
, Z.
Salman
, E.
Morenzoni
, G.
Cristiani
, H.-U.
Habermeier
, and B.
Keimer
, Science
332
, 937
(2011
).13.
A.
Frano
, E.
Schierle
, M. W.
Haverkort
, Y.
Lu
, M.
Wu
, S.
Blanco-Canosa
, U.
Nwankwo
, A. V.
Boris
, P.
Wochner
, G.
Cristiani
, H. U.
Habermeier
, G.
Logvenov
, V.
Hinkov
, E.
Benckiser
, E.
Weschke
, and B.
Keimer
, Phys. Rev. Lett.
111
, 106804
(2013
).14.
P. D. C.
King
, H. I.
Wei
, Y. F.
Nie
, M.
Uchida
, C.
Adamo
, S.
Zhu
, X.
He
, I.
Bozović
, D. G.
Schlom
, and K. M.
Shen
, Nat. Nanotechnol.
9
, 443
(2014
).15.
D. G.
Ouellette
, S.
Lee
, J.
Son
, S.
Stemmer
, L.
Balents
, A. J.
Millis
, and S. J.
Allen
, Phys. Rev. B
82
, 165112
(2010
).16.
H.
Park
, A. J.
Millis
, and C. A.
Marianetti
, Phys. Rev. Lett.
109
, 156402
(2012
).17.
S.
Johnston
, A.
Mukherjee
, I.
Elfimov
, M.
Berciu
, and G. A.
Sawatzky
, Phys. Rev. Lett.
112
, 106404
(2014
).18.
A.
Subedi
, O. E.
Peil
, and A.
Georges
, Phys. Rev. B
91
, 075128
(2015
).19.
J.
Chakhalian
, J. M.
Rondinelli
, J.
Liu
, B. A.
Gray
, M.
Kareev
, E. J.
Moon
, N.
Prasai
, J. L.
Cohn
, M.
Varela
, I. C.
Tung
, M. J.
Bedzyk
, S. G.
Altendorf
, F.
Strigari
, B.
Dabrowski
, L. H.
Tjeng
, P. J.
Ryan
, and J. W.
Freeland
, Phys. Rev. Lett.
107
, 116805
(2011
).20.
B.
Lau
and A. J.
Millis
, Phys. Rev. Lett.
110
, 126404
(2013
).21.
S.
Lee
, R.
Chen
, and L.
Balents
, Phys. Rev. B
84
, 165119
(2011
).22.
S.
Lee
, R.
Chen
, and L.
Balents
, Phys. Rev. Lett.
106
, 016405
(2011
).23.
M.
Zaghrioui
, A.
Bulou
, P.
Lacorre
, and P.
Laffez
, Phys. Rev. B
64
, 081102(R)
(2001
).24.
U.
Staub
, G. I.
Meijer
, F.
Fauth
, R.
Allenspach
, J. G.
Bednorz
, J.
Karpinski
, S. M.
Kazakov
, L.
Paolasini
, and F.
d'Acapito
, Phys. Rev. Lett.
88
, 126402
(2002
).25.
I. I.
Mazin
, D. I.
Khomskii
, R.
Lengsdorf
, J. A.
Alonso
, W. G.
Marshall
, R. M.
Ibberson
, A.
Podlesnyak
, M. J.
Martinez-Lope
, and M. M.
Abd-Elmeguid
, Phys. Rev. Lett.
98
, 176406
(2007
).26.
M.
Medarde
, C.
Dallera
, M.
Grioni
, B.
Delley
, F.
Vernay
, J.
Mesot
, M.
Sikora
, J. A.
Alonso
, and M. J.
Martinez-Lope
, Phys. Rev. B
80
, 245105
(2009
).27.
K.
Bilewska
, E.
Wolna
, M.
Edely
, P.
Ruello
, and J.
Szade
, Phys. Rev. B
82
, 165105
(2010
).28.
L.
deMédici
, S. R.
Hassan
, M.
Capone
, and X.
Dai
, Phys. Rev. Lett.
102
, 126401
(2009
).29.
E. J.
Moon
, J. M.
Rondinelli
, N.
Prasai
, B. A.
Gray
, M.
Kareev
, J.
Chakhalian
, and J. L.
Cohn
, Phys. Rev. B
85
, 121106(R)
(2012
).30.
J. R.
Petrie
, V. R.
Cooper
, J. W.
Freeland
, T. L.
Meyer
, Z.
Zhang
, D. A.
Lutterman
, and H. N.
Lee
, J. Am. Chem. Soc.
138
, 2488
(2016
).31.
K.
Horiba
, R.
Eguchi
, M.
Taguchi
, A.
Chainani
, A.
Kikkawa
, Y.
Senba
, H.
Ohashi
, and S.
Shin
, Phys. Rev. B
76
, 155104
(2007
).32.
R.
Eguchi
, A.
Chainani
, M.
Taguchi
, M.
Matsunami
, Y.
Ishida
, K.
Horiba
, Y.
Senba
, H.
Ohashi
, and S.
Shin
, Phys. Rev. B
79
, 115122
(2009
).33.
A. M.
Kaiser
, A. X.
Gray
, G.
Conti
, J.
Son
, A.
Greer
, A.
Perona
, A.
Rattanachata
, A. Y.
Saw
, A.
Bostwick
, S.
Yang
, S.-H.
Yang
, E. M.
Gullikson
, J. B.
Kortright
, S.
Stemmer
, and C. S.
Fadley
, Phys. Rev. Lett.
107
, 116402
(2011
).34.
E.
Sakai
, M.
Tamamitsu
, K.
Yoshimatsu
, S.
Okamoto
, K.
Horiba
, M.
Oshima
, and H.
Kumigashira
, Phys. Rev. B
87
, 075132
(2013
).35.
H. K.
Yoo
, Y. J.
Chang
, L.
Moreschini
, H.-D.
Kim
, C. H.
Sohn
, S.
Sinn
, J. S.
Oh
, C.-T.
Kuo
, A.
Bostwick
, E.
Rotenberg
, and T. W.
Noh
, Appl. Phys. Lett.
106
, 121601
(2015
).36.
H. K.
Yoo
, S. I.
Hyun
, L.
Moreschini
, H.-D.
Kim
, Y. J.
Chang
, C. H.
Sohn
, D. W.
Jeong
, S.
Sinn
, Y. S.
Kim
, A.
Bostwick
, E.
Rotenberg
, J. H.
Shim
, and T. W.
Noh
, Sci. Rep.
5
, 8746
(2015
).37.
H. K.
Yoo
, S. I.
Hyun
, Y. J.
Chang
, L.
Moreschini
, C. H.
Sohn
, H.-D.
Kim
, A.
Bostwick
, E.
Rotenberg
, J. H.
Shim
, and T. W.
Noh
, Phys. Rev. B
93
, 035141
(2016
).38.
S.
Tanuma
, C. J.
Powell
, and D. R.
Penn
, Surf. Interface Anal.
11
, 577
(1988
).39.
S.
Tanuma
, C. J.
Powell
, and D. R.
Penn
, Surf. Interface Anal.
17
, 911
(1991
).40.
S.
Tanuma
, C. J.
Powell
, and D. R.
Penn
, Surf. Interface Anal.
20
, 77
(1993
).41.
A. X.
Gray
, A.
Janotti
, J.
Son
, J. M.
LeBeau
, S.
Ueda
, Y.
Yamashita
, K.
Kobayashi
, A. M.
Kaiser
, R.
Sutarto
, H.
Wadati
, G. A.
Sawatzky
, C. G.
Van de Walle
, S.
Stemmer
, and C. S.
Fadley
, Phys. Rev. B
84
, 075104
(2011
).42.
E.
Ikenaga
, M.
Kobata
, H.
Matsuda
, T.
Sugiyama
, H.
Daimon
, and K.
Kobayashi
, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
190
, 180
(2013
).43.
P.
Blaha
, K.
Schwarz
, G. K. H.
Madsen
, D.
Kvasnicka
, J.
Luitz
, R.
Laskowsk
, F.
Tran
, and L.
Marks
, WIEN2k, An Augmented Plane Wave + Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties
(Technische Universitat Wien
, Austria
, 2001
).44.
S.
Hüfner
, Photoelectron Spectroscopy
(Springer-Verlag
, Berlin
, 1995
), Chap. 2, p. 35
.45.
H.
Wadati
, A.
Maniwa
, A.
Chikamatsu
, H.
Kumigashira
, M.
Oshima
, T.
Mizokawa
, A.
Fujimori
, and G. A.
Sawatzky
, Phys. Rev. B
80
, 125107
(2009
).46.
47.
M.
Abbate
, G.
Zampieri
, F.
Prado
, A.
Caneiro
, J. M.
Gonzalez-Calbet
, and M.
Vallet-Regi
, Phys. Rev. B
65
, 155101
(2002
).48.
M. B.
Trzhaskovskaya
, V. I.
Nefedov
, and V. G.
Yarzhemsky
, At. Data Nucl. Data Tables
77
, 97
(2001
).49.
M. B.
Trzhaskovskaya
, V. I.
Nefedov
, and V. G.
Yarzhemsky
, At. Data Nucl. Data Tables
82
, 257
(2002
).50.
M. B.
Trzhaskovskaya
, V. K.
Nikulin
, V. I.
Nefedov
, and V. G.
Yarzhemsky
, At. Data Nucl. Data Tables
92
, 245
(2006
).51.
D.
Takegami
, L.
Nicolaï
, T. C.
Koethe
, D.
Kasinathan
, C. Y.
Kuo
, Y. F.
Liao
, K. D.
Tsuei
, G.
Panaccione
, F.
Offi
, G.
Monaco
, N. B.
Brookes
, J.
Minár
, and L. H.
Tjeng
, Phys. Rev. B
99
, 165101
(2019
).52.
H.
Höchst
, P.
Steiner
, G.
Reiter
, and S.
Hüfner
, Z. Phys. B
42
, 199
(1981
).53.
H.
Wadati
, D.
Kobayashi
, H.
Kumigashira
, K.
Okazaki
, T.
Mizokawa
, A.
Fujimori
, K.
Horiba
, M.
Oshima
, N.
Hamada
, M.
Lippmaa
, M.
Kawasaki
, and H.
Koinuma
, Phys. Rev. B
71
, 035108
(2005
).54.
M.
Kitamura
, K.
Horiba
, M.
Kobayashi
, E.
Sakai
, M.
Minohara
, T.
Mitsuhashi
, A.
Fujimori
, T.
Nagai
, H.
Fujioka
, and H.
Kumigashira
, Appl. Phys. Lett.
108
, 111603
(2016
).55.
G.
Panaccione
, G.
Cautero
, M.
Cautero
, A.
Fondacaro
, M.
Grioni
, P.
Lacovig
, G.
Monaco
, F.
Offi
, G.
Paolicelli
, M.
Sacchi
, N.
Stoji
, G.
Stefani
, R.
Tommasini
, and P.
Torelli
, J. Phys.
17
, 2671
(2005
).56.
A.
Sekiyama
, J.
Yamaguchi
, A.
Higashiya
, M.
Obara
, H.
Sugiyama
, M. Y.
Kimura
, S.
Suga
, S.
Imada
, I.
Nekrasov
, M.
Yabashi
, K.
Tamasaku
, and T.
Ishikawa
, New J. Phys.
12
, 043045
(2010
).57.
H.
Fujiwara
, S.
Naimen
, A.
Higashiya
, Y.
Kanai
, H.
Yomosa
, K.
Yamagami
, T.
Kiss
, T.
Kadono
, S.
Imada
, A.
Yamasaki
, K.
Takase
, S.
Otsuka
, T.
Shimizu
, S.
Shingubara
, S.
Suga
, M.
Yabashi
, K.
Tamasaku
, T.
Ishikawa
, and A.
Sekiyama
, J. Synchrotron Radiat.
23
, 735
(2016
).58.
Y.
Utsumi
, D.
Kasinathan
, K.-T.
Ko
, S.
Agrestini
, M. W.
Haverkort
, S.
Wirth
, Y.-H.
Wu
, K.-D.
Tsuei
, D.-J.
Kim
, Z.
Fisk
, A.
Tanaka
, P.
Thalmeier
, and L. H.
Tjeng
, Phys. Rev. B
96
, 155130
(2017
).59.
K.
Yamagami
, Y.
Kanai
, S.
Naimen
, H.
Fujiwara
, T.
Kiss
, A.
Tanaka
, A.
Higashiya
, S.
Imada
, T.
Kadono
, K.
Tamasaku
, T.
Muro
, M.
Yabashi
, T.
Ishikawa
, H.
Eisaki
, S.
Miyasaka
, S.
Tajima
, and A.
Sekiyama
, Physica B
536
, 843
(2018
).© 2021 Author(s).
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
