Reversible manipulation of the magnetic state in SrRuO3 through electric-field controlled proton evolution

质子化 离子键合 顺磁性 相变 化学物理 凝聚态物理 材料科学 电场 相界 铁磁性 电子结构 相(物质) 离子 化学 物理 量子力学 有机化学
作者
Zhuolu Li,Shengchun Shen,Zijun Tian,Kyle Hwangbo,Meng Wang,Yujia Wang,F. Michael Bartram,Liqun He,Yingjie Lyu,Yongqi Dong,Gang Wan,Hao‐Bo Li,Nianpeng Lu,Jiadong Zang,Hua Zhou,Elke Arenholz,Qing He,Luyi Yang,Weidong Luo,Pu Yu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:96
标识
DOI:10.1038/s41467-019-13999-1
摘要

Ionic substitution forms an essential pathway to manipulate the carrier density and crystalline symmetry of materials via ion-lattice-electron coupling, leading to a rich spectrum of electronic states in strongly correlated systems. Using the ferromagnetic metal SrRuO3 as a model system, we demonstrate an efficient and reversible control of both carrier density and crystalline symmetry through the ionic liquid gating induced protonation. The insertion of protons electron-dopes SrRuO3, leading to an exotic ferromagnetic to paramagnetic phase transition along with the increase of proton concentration. Intriguingly, we observe an emergent topological Hall effect at the boundary of the phase transition as the consequence of the newly-established Dzyaloshinskii-Moriya interaction owing to the breaking of inversion symmetry in protonated SrRuO3 with the proton compositional film-depth gradient. We envision that electric-field controlled protonation opens a novel strategy to design material functionalities.

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