最近，云南师范大学付召明教授与合作者在国际物理学权威期刊《物理评论快报》上发表重要理论成果。该研究创新性地提出界面维度受限与电子轨道的空间取向之间存在协同效应，这种协同能引起界面电子气的轨道重构现象。随后作者们又发现界面处的晶格失配有可能引起体系的磁相变，相关成果发表在《物理评论B》上。
实验上已经表明钛酸锶与铝酸镧界面处存在二维电子气，并且早在2009年实验就发现这种二维电子气存在反常的晶体场劈裂现象。但学界对这种反常劈裂背后的机理众说纷纭，莫衷一是，并一直存在各种误解。针对这一长期以来悬而未决的机理问题，作者们对其进行了两年多的探索和研究，最终发现界面维度受限和电子轨道空间取向间的协同效应与反常晶体场劈裂现象密切相关[https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.126201]。他们的理论计算表明：只有在理论模型中同时计入强关联效应、界面维度受限效应和d电子轨道的空间取向这三个要素，才能够很好地再现实验上看到的反常晶体场劈裂现象。 作者们用第一性原理计算结合动力学平均场方法构建了一个三轨道的哈伯德模型，其中两个轨道为简并。基于该模型的理论计算对这一现象给出了一个全新的解释， 解决了一个15年来一直存在争议的问题。该工作所提出的模型有望用于解释发生在其它体系中的轨道重构现象。
随后付召明与合作者又进一步提出：除了维度受限和轨道取向之外，界面处的晶格失配也会显著影响电子结构，并引起体系的磁相变行为。众所周知，在低温下锰酸镧块体是A型反铁磁序，但实验表明生长在钛酸锶衬底上的锰酸镧薄膜却是铁磁序，并且这种从反铁磁到铁磁转变的物理机制长期以来并不清楚。付召明及合作者研究发现https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.134443]：衬底上的锰酸镧薄膜因其界面晶格失配而使得MnO6晶体场原本破缺的对称性又得到了恢复。这种对称性恢复导致Mn的两个eg轨道从原来的能级劈裂变为近简并。而轨道的简并和劈裂与磁序之间存在着密切关联。在块体中，大的轨道劈裂会禁戒掉电子向高能级轨道的虚跃迁；而在薄膜中，两个轨道的近简并使得向这两个轨道的虚跃迁都能发生。正是上述差异导致了不同的超交换机制，进而导致了不同的磁序。付召明等人给出了一个适用于描述LaMnO3薄膜磁性的新的超交换机制，这为LaMnO3薄膜的磁转变提供了较为新颖的解释。这种机制也可能适用于理解其它钙钛矿薄膜或异质结中的磁相变机理。
以上研究在理论上解释了界面物理中一些新奇界面现象的起源，为材料界面的理论研究提供了启发。（王琳）
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