晶界由周期性排列的结构单元组成，通常被认为是二维“相”，可以表现出本征块状晶体中不存在的新特性。晶界处原子键合连续性的改变导致局部化学环境在几个晶胞处发生显着变化，随后改变局部电活动、磁序或其他物理特性。由于晶格和其他有序参数之间的大量相互作用，晶界对特性的影响在复杂氧化物中更为显着。因此，这种具有晶界的材料的不均匀性可能会主导纳米级器件的整个响应，并在设计新型功能器件方面引起了特别的兴趣。
结构缺陷的性质由原子排列决定。将基于单个缺陷的设备的特性与其特定原子结构相关联是至关重要的，也是设备应用的先决条件。然而，由于缺陷的原子尺寸以及化学和结构的复杂性，特别是对于含有多种元素的钙钛矿氧化物，通过实验揭示这种结构 – 性质关系非常具有挑战性。
北京大学、科学院物理研究所和天津大学的科学家发表在北京的《科学评论》上的一篇新研究文章中，提出了不对称 SrRuO 3晶界处自旋阀磁阻的原子机制。不对称的原子结构与基于原型钙钛矿 SrTiO 3的常见假设非常不同。输运测量显示了所制造的厘米尺寸和亚纳米宽度 Σ5(310) SrRuO 3晶界的自旋阀磁阻。先进的扫描透射电子显微镜和光谱揭示其原子排列 基于第一性原理的计算揭示了它的电子特性。
科学家发现，由于非对称晶界附近的Ru-O八面体畸变，Ru d轨道重构并导致沿晶界的磁矩减小和自旋极化变化，形成磁性/非磁性/磁性结。计算将原子结构与传输特性联系起来。
“我们的发现可以帮助我们了解过去的传输特性，例如 SrRuO 3晶界处的负磁阻和隧道磁阻的缺失，还可以预测 SrRuO 3晶界的新影响，例如当 SrRuO 3为界面磁电耦合时用作生长铁电薄膜的底部电极。” 高鹏教授说：“从更广阔的角度来看，在原子尺度上控制缺陷结构可以实现奇特的物理性质，为我们提供了一种使用边界工程设计具有新低维磁性的器件的新策略。”