Interfacial Spin-Orbit Coupling Induced Room Temperature Ferromagnetic Insulator

铁磁性 凝聚态物理 材料科学 自旋电子学 绝缘体(电) 相(物质) 联轴节(管道) 顺磁性 兴奋剂 薄膜 外延 金属-绝缘体过渡 铁磁材料性能 量子 感应耦合
作者
Yuhao Hong,Shilin Hu,Ziyue Shen,Chao Deng,Xiaodong Zhang,Lei Wang,Long Wei,Qiang Zhang,Lingfei Wang,Liang Si,Yulin Gan,Kai Chen,Zhaoliang Liao
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:136 (7): 076302-076302
标识
DOI:10.1103/dxdt-lpbr
摘要

Fabricating room-temperature ferromagnetic insulators, which are crucial candidates for next-generation dissipation-free quantum and spintronic devices, remains a significant challenge. In this Letter, we report on the epitaxial synthesis of novel room-temperature ferromagnetic insulating thin films created through the precise construction of (111)-oriented 3d/5d interfaces. Our analysis indicates that, unlike conventional doping methods, the (111)-oriented SrIrO_{3}/La_{2/3}Sr_{1/3}MnO_{3} (SIO/LSMO) interfaces exhibit markedly enhanced spin-orbit coupling. This enhanced interfacial spin-orbit coupling strengthens the electron-phonon coupling in LSMO, thereby shortening the electronic mean free path. As a result, the intrinsic metallicity of LSMO is suppressed, giving rise to a new ferromagnetic insulating phase that emerges between the ferromagnetic metal and paramagnetic insulator regimes of the LSMO phase diagram. Furthermore, the temperature window of the ferromagnetic insulating phase can be tuned by precisely controlling the thickness of the LSMO layers. Our Letter reveals a new strategy for developing ferromagnetic insulators by engineering 3d/5d interfaces and orientations, paving a way for the development of novel dissipation-free quantum and spintronic devices.
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