Graangrenzen, die bestaan ​​uit een periodieke rangschikking van structurele eenheden en die algemeen worden erkend als een tweedimensionale "fase, " kan nieuwe eigenschappen vertonen die niet bestaan ​​in het intrinsieke bulkkristal. De veranderde continuïteit van atomaire binding aan korrelgrenzen zorgt ervoor dat de lokale chemische omgeving dramatisch verandert bij een paar eenheidscellen, vervolgens de lokale elektrische activiteit veranderen, magnetische orde of andere fysieke eigenschappen. De effecten van korrelgrens op eigenschappen is zelfs nog significanter in complexe oxiden vanwege de substantiële interacties tussen roosters en andere ordeparameters. Daarom, een dergelijke inhomogeniteit van materialen met korrelgrenzen kan de hele respons in apparaten op nanoschaal domineren en heeft bijzondere interesse gewekt bij het ontwerpen van nieuwe functionele apparaten.

De aard van structurele defecten wordt bepaald door atomaire arrangementen. Het correleren van de eigenschappen van een op een enkel defect gebaseerd apparaat met zijn specifieke atomaire structuur is van vitaal belang en een voorwaarde voor de toepassing van het apparaat. Echter, het experimenteel onthullen van een dergelijke structuur-eigenschapsrelatie is een grote uitdaging vanwege de atomaire omvang en de chemische en structurele complexiteit van defecten, vooral voor de perovskietoxiden die meerdere elementen bevatten.

In een nieuw onderzoeksartikel gepubliceerd in het in Peking gevestigde Nationale wetenschappelijke recensie , wetenschappers aan de universiteit van Peking, Instituut voor Natuurkunde, Chinese Wetenschapsacademie, en Tianjin University presenteren een atomair mechanisme van spin-valve magnetoweerstand bij de asymmetrie SrRuO ₃ korrel grens. De asymmetrische atomaire structuur verschilt sterk van de algemene aanname op basis van prototype perovskiet SrTiO ₃ . De transportmetingen vertonen de spin-valve magnetoweerstand voor de als gefabriceerde centimeter-grootte en sub-nm-breedte Σ5(310) SrRuO ₃ korrel grens. Geavanceerde scanning transmissie-elektronenmicroscopie en spectroscopie onthullen de atomaire rangschikkingen op basis waarvan de eerste principes-berekeningen de elektronische eigenschappen ervan onthullen.

Wetenschappers ontdekken dat als gevolg van de Ru-O octaëdervervorming nabij de asymmetrische korrelgrens, Ru d orbitaal reconstrueert en resulteert in vermindering van magnetische momenten en verandering van spinpolarisatie langs de korrelgrens, het vormen van een magnetische/niet-magnetische/magnetische overgang. De berekeningen overbruggen de atomaire structuur met transporteigenschappen.

"Onze bevindingen kunnen ons helpen de transporteigenschappen uit het verleden te begrijpen, zoals de negatieve magnetoweerstand en de afwezigheid van tunnelmagnetische weerstand bij de SrRuO ₃ korrel grens, en voorspellen ook nieuwe effecten van de SrRuO ₃ korrelgrens zoals de grensvlak magneto-elektrische koppeling wanneer SrRuO ₃ wordt gebruikt als een bodemelektrode voor de groei van ferro-elektrische dunne films." Prof. Peng Gao zei:“In een breder perspectief, controle van defectstructuur op atomaire schaal kan eigenaardige fysieke eigenschappen realiseren, ons een nieuwe strategie biedt om apparaten met nieuwe laagdimensionale magnetische eigenschappen te ontwerpen door gebruik te maken van grenstechniek."