Korngränser, som består av periodiskt arrangemang av strukturella enheter och allmänt erkänns som en tvådimensionell "fas, " kan uppvisa nya egenskaper som inte existerar i den inneboende bulkkristallen. Den förändrade kontinuiteten av atombindning vid korngränserna gör att den lokala kemiska miljön dramatiskt förändras vid ett fåtal enhetsceller, därefter ändra lokal elektrisk aktivitet, magnetisk ordning eller andra fysikaliska egenskaper. Effekterna av korngränsen på egenskaperna är ännu mer betydande i komplexa oxider på grund av de betydande interaktionerna mellan gitter och andra ordningsparametrar. Därför, en sådan inhomogenitet av material med korngränser kan dominera hela responsen i nanoskala enheter och har fått särskilt intresse för att designa nya funktionella enheter.

Typen av strukturella defekter bestäms av atomarrangemang. Att korrelera egenskaperna hos en enda defektbaserad enhet med dess specifika atomstruktur är avgörande och en förutsättning för enhetens tillämpning. Dock, att experimentellt avslöja en sådan struktur-egenskapsrelation är mycket utmanande på grund av defekternas atomstorlek och kemiska och strukturella komplexitet, speciellt för perovskitoxider som innehåller flera grundämnen.

I en ny forskningsartikel publicerad i Beijing-baserade National Science Review , forskare vid Pekings universitet, Institutet för fysik, kinesiska vetenskapsakademin, och Tianjin University presenterar en atommekanism för magnetventil med magnetventil vid asymmetrin SrRuO ₃ korngräns. Den asymmetriska atomstrukturen skiljer sig mycket från det vanliga antagandet baserat på prototyp perovskite SrTiO ₃ . Transportmätningarna uppvisar spin-ventilens magnetoresistans för den tillverkade centimeterstorleken och sub-nm-bredden Σ5(310) SrRuO ₃ korngräns. Avancerad scanningstransmissionselektronmikroskopi och spektroskopi avslöjar dess atomarrangemang baserat på vilka de första principberäkningarna avslöjar dess elektroniska egenskaper.

Forskare finner att på grund av Ru-O-oktahedronförvrängningen nära den asymmetriska korngränsen, Ru d orbital rekonstruerar och resulterar i minskning av magnetiska moment och förändring av spinnpolarisation längs korngränsen, bildar en magnetisk/ickemagnetisk/magnetisk förbindelse. Beräkningarna överbryggar atomstrukturen med transportegenskaper.

"Våra fynd kan hjälpa oss att förstå tidigare transportegenskaper, såsom den negativa magnetoresistansen och frånvaron av tunnelmagnetoresistans vid SrRuO ₃ korngräns, och även förutsäga nya effekter av SrRuO ₃ korngräns såsom den magnetoelektriska gränssnittskopplingen när SrRuO ₃ används som en bottenelektrod för tillväxt av ferroelektriska tunna filmer." Prof. Peng Gao sa, "I ett bredare perspektiv, kontroll av defektstruktur på atomär skala kan realisera speciella fysikaliska egenskaper, ger oss en ny strategi för att designa enheter med nya lågdimensionella magnetiska egenskaper genom att använda gränsteknik."