We present a theoretical and experimental study of the electronic structure of SrRuO₃ after introduction of vacancies. Theoretically, the modeling of non-stoichiometric variations of SrRuO₃ was performed by removing appropriate atoms or their combinations, whereas in the experiments the annealing treatment at moderate temperatures in ultra-high vacuum was applied. At comparison of the obtained results allows us to draw an important conclusion that the formation of oxygen vacancies may be closely related to the manifestation of strong correlation effects in SrRuO₃.

Keywords: perovskite crystals, density functional theory, ultraviolet photoemission spectroscopy
PACS: 79.60.Dp, 71.20.Be, 71.27.+a

TEORINIS IR EKSPERIMENTINIS NESTECHIOMETRINIO SrRuO₃ TYRIMAS: DEGUONIES VAKANSIJŲ ĮTAKA ELEKTRONŲ KORELIACIJAI
Š. Masys^a, V. Jonauskas^a, S. Grebinskij^b , S. Mickevičius^b, V. Pakštas^b, M. Senulis^b
aVilniaus universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos institutas, Vilnius, Lietuva
^bFizinių ir technologijos mokslų centro Puslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Perovskitinis kristalas SrRuO₃ tyrėjus domina dėl puikių elektrinių ir magnetinių savybių, didelio atsparumo įvairių reakcijų terpėse, gero šiluminio laidumo ir išskirtinio struktūrinio suderinamumo su įvairiais funkciniais oksidais. Tai leidžia šį darinį panaudoti kuriant oksidų elektronikos ir spintronikos pagrindu veikiančius prietaisus.
    Vienas iš svarbiausių klausimų, į kuriuos bandoma atsakyti tyrinėjant SrRuO₃ elektroninę sandarą, yra elektronų koreliacijos stipris šioje medžiagoje. Literatūroje galima rasti darbų, kuriuose teigiama, jog SrRuO₃ elektronų koreliacija yra stipri. Tačiau yra ir tokių darbų, kuriuose pateikiama priešinga nuomonė. Remdamiesi ankstesniais savo tyrimais, įrodančiais silpnai koreliuotą SrRuO₃ elektronų prigimtį, mes bandome atsakyti, kas gali sukelti elektronų koreliacijos stiprio pokytį. Teoriškai mes modeliuojame SrO, Ru ir O₂ vakansijų suformavimą SrRuO₃ kristalinėje struktūroje tankio funkcionalo teorijos artinio rėmuose. Eksperimentiškai vakansijos yra sukuriamos kaitinant plonųjų SrRuO ₃ plėvelių bandinius vakuume. Teorinių ir eksperimentinių rezultatų palyginimas rodo, jog elektronų koreliacijos stiprio padidėjimą gali lemti deguonies vakansijų susidarymas bandinių auginimo arba paruošimo matavimams metu.

References / Nuorodos

[1] G. Koster, L. Klein, W. Siemons, G. Rijnders, J.S. Dodge, C.-B. Eom, D.H.A. Blank, and M.R. Beasley, Rev. Mod. Phys. 84, 253 (2012),
http://dx.doi.org/10.1103/RevModPhys.84.253
[2] J. Shin, S. Kalinin, H. Lee, H. Christen, R. Moore, E. Plummer, and A. Baddorf, Surf. Sci. 581, 118 (2005),
http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2005.02.038
[3] R. Palai, H. Huhtinen, J.F. Scott, and R.S. Katiyar, Phys. Rev. B 79, 104413 (2009),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.79.104413
[4] F. He, B.O. Wells, Z.-G. Ban, S.P. Alpay, S. Grenier, S.M. Shapiro, W. Si, A. Clark, and X.X. Xi, Phys. Rev. B 70, 235405 (2004),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.70.235405
[5] G. Herranz, F. Sánchez, J. Fontcuberta, M.V. Garcia-Cuenca, C. Ferrater, M. Varela, T. Angelova, A. Cros, and A. Cantarero, Phys. Rev. B 71, 174411 (2005),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.71.174411
[6] J.M. Rondinelli, N.M. Caffrey, S. Sanvito, and N.A. Spaldin, Phys. Rev. B 78, 155107 (2008),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.78.155107
[7] J. Okamoto, T. Mizokawa, A. Fujimori, I. Hase, M. Nohara, H. Takagi, Y. Takeda, and M. Takano, Phys. Rev. B 60, 2281 (1999),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.60.2281
[8] J. Park, S.-J. Oh, J.-H. Park, D.M. Kim, and C.-B. Eom, Phys. Rev. B 69, 085108 (2004),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.69.085108
[9] K. Fujioka, J. Okamoto, T. Mizokawa, A. Fujimori, I. Hase, M. Abbate, H.J. Lin, C.T. Chen, Y. Takeda, and M. Takano, Phys. Rev. B 56, 6380 (1997),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.56.6380
[10] S. Grebinskij, Š. Masys, S. Mickevičius, V. Lisauskas, and V. Jonauskas, Rev. B 87, 035106 (2013),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.87.035106
[11] D. Toyota, I. Ohkubo, H. Kumigashira, M. Oshima, T. Ohnishi, M. Lippmaa, M. Takizawa, A. Fujimori, K. Ono, M. Kawasaki, and H. Koinuma, Appl. Phys. Lett. 87, 162508 (2005),
http://dx.doi.org/10.1063/1.2108123
[12] A. Vailionis, W. Siemons, and G. Koster, Appl. Phys. Lett. 93, 051909 (2008),
http://dx.doi.org/10.1063/1.2967878
[13] W. Siemons, G. Koster, A. Vailionis, H. Yamamoto, D.H.A. Blank, and M.R. Beasley, Phys. Rev. B 76, 075126 (2007),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.76.075126
[14] R. Dovesi, V.R. Saunders, C. Roetti, R. Orlando, C.M. Zicovich-Wilson, F. Pascale, B. Civalleri, K. Doll, N.M. Harrison, I.J. Bush, Ph. D’Arco, and M. Llunell, CRYSTAL06 User’s Manual (University of Torino, Torino, 2006),
http://www.crystal.unito.it/Manuals/crystal06.pdf
[15] S. Bushmeleva, V. Pomjakushin, E. Pomjakushina, D. Sheptyakov, and A. Balagurov, J. Magn. Magn. Mater. 305 , 491 (2006),
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2006.02.089
[16] J.P. Perdew and A. Zunger, Phys. Rev. B 23, 5048 (1981),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.23.5048
[17] P.J. Hay and W.R. Wadt, J. Chem. Phys. 82, 299 (1985),
http://dx.doi.org/10.1063/1.448975
[18] M. Couty and M.B. Hall, J. Comput. Chem. 17, 1359 (1996),
http://dx.doi.org/10.1002/(SICI)1096-987X(199608)17:11<1359::AID-JCC9>3.0.CO;2-L
[19] Basis Set Exchange portal,
https://bse.pnl.gov/bse/portal
[20] S. Piskunov, E. Heifets, R. Eglitis, and G. Borstel, Comput. Mater. Sci. 29, 165 (2004),
http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci.2003.08.036
[21] L. Valenzano, F.J. Torres, D. Klaus, F. Pascale, C.M. Zicovich-Wilson, and R. Dovesi, Z. Phys. Chem. 220 , 893 (2006),
http://dx.doi.org/10.1524/zpch.2006.220.7.893
[22] D.D. Johnson, Phys. Rev. B 38 , 12807 (1988),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.38.12807
[23] D.A. Shirley, Phys. Rev. B 5 , 4709 (1972),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.5.4709
[24] J. Kim, J. Chung, and S.-J. Oh, Phys. Rev. B 71, 121406 (2005),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.71.121406
[25] K. Maiti and R.S. Singh, Phys. Rev. B 71, 161102 (2005),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.71.161102
[26] K. Maiti, R.S. Singh, and V.R.R. Medicherla, Phys. Rev. B 76, 165128 (2007),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.76.165128