A study on the physical properties of epitaxial SrRuO3 thin films induced by structural phase transition

Abstract

SrRuO3는 온도가 올라감에 따라 사방정계에서 정방정계로 (820K), 정방정계에서 입방체로 (950K) 구조적 상전이를 보이는 것이 알려져 있다. 박막에서는 기판에 의해 작용되는 변형으로 인해 기존의 물질 구조와 다른 구조를 보이기도 하며 온도에 따른 구조적 상전이 또한 다르게 나타날 수 있다. SrRuO3 박막이 압축 변형을 받으면 사방정계 구조를 갖고 온도가 오름에 따라 정방정계에 가까운 입방체로의 구조적 상전이가 나타난다. 인장 변형을 받는 경우에는 온도에 따른 구조적 상전이는 보이지 않고 사방정계 구조를 유지한다. 이러한 차이는 기판에 의해 박막에 작용되는 변형률에 따라 산소와 루테늄으로 이루어진 팔면체의 뒤틀림 각도변화에 의한 것으로 고려되며 이러한 미세구조와 물리적 특성 사이의 상관관계를 규명하는 것은 중요한 일이다. 본 연구에서는 에피텍셜 SrRuO3 박막이 진공과 상압에서 온도에 따른 구조적 상전이를 경험한 이후에 물성에서 어떠한 변화가 있는지를 알아보고자 한다. 구조적 상전이 전 후의 X선 회절 패턴에서 결정 구조의 차이는 확인할 수 없었다. 하지만 전자구조와 전기적, 자기적 특성에서는 구조적 상전이를 경험한 이후에 뚜렷한 차이를 확인할 수 있었다. 또한 팔면체 뒤틀림을 통한 미세구조와 물리적 특성 변화의 상관관계를 논의하였고 이 결과를 통해 페로브스카이트 구조의 물질에서 팔면체의 네트워크가 물리적 특성에 미치는 영향에 대한 더 나은 이해를 도울 것이다.|Structural phase transition of SrRuO3 is occurred from orthorhombic to tetragonal (at 820K) and tetragonal to cubic structure (at 950K) with increasing temperature. In thin film system, structural phase transition depends on strain induced by a substrate. Under biaxial compressive strain for SrRuO3 thin films induced the structural phase transition from an orthorhombic structure to a tetragonally strained-cubic structure, while biaxial tensile strain for SrRuO3 thin films maintain a tetragonal phase. Since these differences can be a consequence of the degree of RuO6 octahedral distortion due to the strain in thin film system, thus, it is important to elucidate the local-structural origin contributing the physical properties. In this study, we investigate the physical properties of SrRuO3 epitaxial thin films induced by structural phase transitions under air and vacuum conditions. Comparing high-resolution X-ray diffraction patterns at 300K for the samples before and after undergoing the structural phase transition, no considerable difference in the crystal system was found. However, the electronic structure, electrical, and magnetic properties of the SrRuO3 thin films showed changes after the structural phase transition under different ambiances. Furthermore, the correlation between the change in the local-structure and the physical properties of the SrRuO3 thin film was discussed by identifying octahedral distortion. This result will provide a better understanding of the octahedral network configuration affecting the physical properties of perovskite materials.