페로브스카이트 산화물로 구성된 인공 초격자는 격자 주기성을 재정의하여 포논 수송을 제어하기 위한 필수 플랫폼 역할을 하며, 이는 전하 및 스핀 자유도와 관련한 상전이에 큰 영향을 미칩니다. 이전의 포논 조작 방법은 전이 금속 산화물에서 두드러지는 복잡한 상호 상호 작용을 활용하기보다는 초격자의 주기성을 제어하는 것으로 제한되었습니다. 강자성 금속 SrRuO3와 양자 상전기상 SrTiO3로 구성된 산화물 초격자에 대한 본 연구에서는 원자 수준의 정밀도로 초격자의 기하학적 구조를 제어하고, 구조적 및 자기적 상전이를 사용하여 포논 상태의 결맞음성을 제어하는데 성공하였습니다. 이러한 발견은 복합 산화물 이종 구조의 설계를 통해 포논의 결맞음성을 엔지니어링함으로써 미래의 열전 나노 장치 개발에 대한 중요한 가능성을 제시할 수 있습니다. 이 결과는 응용 물리 분야의 권위지인 Advanced Science지에 (IF 14.3) 2024년 11월에 출판되었다.
Artificial superlattices composed of perovskite oxides serves as an essential platform for engineering coherent phonon transport by redefining the lattice periodicity, which strongly influences the lattice-coupled phase transitions in charge and spin degrees of freedom. However, previous methods of manipulating phonons have been limited to controlling the periodicity of superlattice, rather than utilizing complex mutual interactions that are prominent in transition metal oxides. In this study on oxide superlattices composed of ferromagnetic metallic SrRuO3 and quantum paraelectric SrTiO3 , phonon modulation by controlling the geometry of superlattice in atomic-scale precision is realized, demonstrating the coherent phonon engineering using structural and magnetic phase transitions. By modulating the interface density, coherent-incoherent crossover of the phonon transport at room temperature is observed, which is coupled with a change in interfacial structural continuity. Upon cooling, the close relation between phonon transport and multiple phase transitions is identified. In particular, the enhancement of the polar state in SrTiO3 layer at ≈200 K leads to the weakening of phonon coherence and a further reduction of thermal conductivity in superlattices compared to the bulk limit. These findings provide a guide to developing future thermoelectric nanodevices by engineering the coherence of phonons via the design of complex oxide heterostructures.
Authors: In Hyeok Choi, Seung Gyo Jeong, Do-Gyeom Jeong, Ambrose Seo, Woo Seok Choi, Jong Seok Lee
Publication Date: November 2024
Journal link: https://doi.org/10.1002/advs.202407382
