Strain-modulated anisotropic electronic structure in superconducting RuO2 films

凝聚态物理 超导电性 电子结构 材料科学 四方晶系 反铁磁性 费米能级 结晶学 物理 晶体结构 电子 化学 量子力学
作者
Connor A. Occhialini,Luiz G. P. Martins,Shiyu Fan,Valentina Bisogni,Takahiro Yasunami,Maki Musashi,M. Kawasaki,Masaki Uchida,Riccardo Comin,Jonathan Pelliciari
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:6 (8) 被引量:12
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.6.084802
摘要

The binary ruthenate, ${\mathrm{RuO}}_{2}$, has been the subject of intense interest due to its itinerant antiferromagnetism and strain-induced superconductivity. The strain mechanism and its effect on the microscopic electronic states leading to the normal and superconducting state, however, remain undisclosed. Here, we investigate highly strained epitaxial (110) ${\mathrm{RuO}}_{2}$ films using polarization-dependent oxygen $K$-edge x-ray absorption spectroscopy (XAS). Through the detection of pre-edge peaks arising from O:$2p$ - Ru:$4d$ hybridization, we uncover the effects of epitaxial strain on the orbital/electronic structure near the Fermi level. Our data show robust strain-induced shifts of orbital levels and a reduction of hybridization strength. Furthermore, we reveal a pronounced in-plane anisotropy of the electronic structure along the $[110]/[1\overline{1}0]$ directions naturally stemming from the symmetry-breaking epitaxial strain of the substrate. The ${B}_{2g}$ symmetry component of the epitaxially enforced strain breaks a sublattice degeneracy, resulting in an increase of the density of states at the Fermi level (${E}_{F}$), possibly paving the way to superconductivity. These results underscore the importance of the effective reduction from tetragonal to orthorhombic lattice symmetry in (110) ${\mathrm{RuO}}_{2}$ films and its relevance towards the superconducting and magnetic properties.

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