Системы, образованные из тонких пленок оксидов переходных металлов, демонстрируют неожиданные свойства на поверхностях раздела слоев. В хрестоматийном примере алюмината лантана (LaAlO₃) и титаната стронция (SrTiO₃) оба материала это немагнитные изоляторы, однако их интерфейс проявляет ферромагнитные свойства, высокую электропроводность и даже сверхпроводимость.

Серия экспериментов на синхротронном источнике излучения BESSY II проведённая несколькими европейскими группами исследователей, была призвана пролить свет на природу таких изменений свойств и найти способы управления ими.

Опытные образцы были изготовлены французской командой Мануэля Бибеса Manuel Bibes из CNRS/Thales и состояли из двухнанометровых пленок титаната гадолиния (GdTiO₃) и никелата R (RNiO₃), где «R» означает редкоземельный металл.

В титанатах электроны в химических связях локализованы вокруг ионов, а в никелатах они одновременно принадлежат ионам никеля и кислорода и склонны к образованию ковалентных связей. Различие свойств приводит к тому, что часть заряда переходит через границу этих материалов в слой никелата.

Отслеживанием такого переноса заряда и занимались ученые на BESSY II для образцов с разными редкоземельными компонентами в никелате — лантаном, неодимом и самарием. Они установили, что от типа редкоземельного элемента (от радиуса его атома) зависит не только степень «ковалентности» между O и Ni (ранее известный факт), но и транспорт заряда из слоя титаната гадолиния.

Это ключевой результат данного исследования: управляя ковалентностью (подбирая нужный элемент R) можно контролировать перенос заряда между слоями титаната и никелата. В свою очередь, управляя зарядом можно воздействовать на образование интерфазы. Так, ученые наблюдали возникновение на поверхности раздела слоев новой фазы с ферромагнитными свойствами.

Авторы, опубликовавшие статью в журнале Nature Physics, также надеются, что их работа поможет реализовать в никелатных гетероструктурах высокотемпературную сверхпроводимость купратного типа.