Enhanced functionalities in Ruddlesden-Popper oxide thin films employing single-terminated substrate surfaces
저자
Jinkwon Kim ; Youngdo Kim ; Junsik Mun ; Jeong Rae Kim ; Miyoung Kim ; Changyoung Kim ; Tae Won Noh
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학술지명
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발행연도
2021
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English
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학술저널
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35-35(1쪽)
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Over the past decades, Ruddlesden-Popper (RP) phase oxides (A<sub>n+1</sub>B<sub>n</sub>O<sub>3n+1</sub>, n = 1, 2, ...) have been spotlighted with advantageous physical properties such as high-temperature superconductivity, giant magnetoresistance. <sup>[1-2]</sup> These emergent phenomena provide a platform for novel oxide-based electronic devices including spintronics application. However, high-quality RP-phase thin film growth has been disturbed by extended structural defects, so-called out-of-phase boundaries (OPBs).<sup>[3]</sup> OPB is a translational boundary between neighboring unit cells, shifted in a specific crystallographic direction. For instance, if RP-phase thin films grown on ABO<sub>3</sub> perovskite substrates, the structural mismatch between film and substrates induces a crystallographic shift in the c-axis direction, thus OPBs form at the film-substrate interface. Since OPB formation hampers the physical properties of RP-phase thin films, the suppression of the structural defects is highly required to carry out the high-performance RP-phase based functional devices.<sup>[4-5]</sup>
In this study, we suppressed OPB suppression in RP-phase oxide thin films by using single-terminated LaSrAlO4 substrate (n = 1 RP phase, a = b= 3.756 Å and c =12.636 Å). As a model system, the high-T<sub>c</sub> cup rates superconductor La<sub>1.85</sub>Sr<sub>0.15</sub>CuO4 thin film (n = 1 RP phase, a = b= 3.777 Å and c =13.226 Å) was employed. Despite the structural similarities between films and substrates, the La<sub>2-x</sub>Sr<sub>x</sub>CuO<sub>4</sub> films exhibited huge OPB formations when deposited on mixed-terminated LaSrAlO4 substrate. In contrast, when the La<sub>2-x</sub>Sr<sub>x</sub>CuO<sub>4</sub> films were deposited on single-terminated LaSrAlO4 substrates, the OPBs were significantly suppressed in the film structure. Notably, these OPB-free La<sub>2-x</sub>Sr<sub>x</sub>CuO<sub>4</sub> films exhibited highly enhanced superconductivity (T<sub>c</sub><sup>zero</sup> ~ 30 K) than the film with huge OPB formation (T<sub>c</sub><sup>zero</sup> ~ 5 K) under the same thickness (~ 6.5 nm). Our study suggests a comprehensive method to suppress OPB formation in RP thin films, enabling superconducting spintronics devices based on RP-phase high-T<sub>c</sub> superconductors.[5-6]
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