合肥国家实验室杨明敏课题组与中国科学技术大学高阳教授、英国华威大学、日本理研等单位等合作，提出并验证了一种全新的界面对称性调控策略：通过晶体取向工程设计，在氧化物异质结构中实现了“按需”面内镜面对称性破缺。研究团队以经典LaAlO₃/SrTiO₃二维电子气体系为载体，首次成功构筑了沿(112)高指数晶面取向的导电界面。这种特殊取向使界面仅保留一个面内镜面，对称性降低至Cs点群，从而激发出一系列在传统高对称性界面中被抑制的新奇量子物态，包括巨非线性霍尔效应、圆偏振光电流响应以及电流诱导的面外磁化等。该研究为通过对称性工程调控界面量子几何特性及衍生功能提供了新范式。

采用了我司脉冲激光沉积技术系统（PLD）用于在（112）取向的SrTiO₃衬底上外延生长LaAlO₃薄膜，从而形成具有特定对称性的功能性界面。

PLD脉冲激光沉积系统

1月9日该论文发表Nature Communications

https://doi.org/10.1038/s41467-025-66149-1

在这一低对称界面中，研究人员在室温条件下同时观测到多种此前在常规LaAlO₃/SrTiO₃界面中(如(001)、(111)取向)被对称性严格禁止的物理效应。比如，在垂直光入射的情况下产生显著的圆偏振光伏效应；面内电流可诱导均匀的面外磁化分量，并通过极化磁光克尔效应（polar MOKE）直接探测。同时，界面还展现出强烈的非线性霍尔效应，在室温下的强度已可与典型Weyl和Dirac体系相媲美，并且在从低温到接近500 K的超宽温区内持续存在，刷新了非线性霍尔效应的工作温度纪录（图1d-f）。

图1(112)取向 LaAIO3/SrTi03界面的对称性设计及丰富物性的研究。(a),(112)-LaAIO3/SrTi03异质结构的原子结构示意图。沿面内(b) [111]和(c)[110]方向的原子分布二维示意图。黑色虚线表示本征SrTi03晶体中的镜面对称面，黄色箭头表示界面处的面外极化方向。只有M[īo镜面对称面与面外极化方向对齐，因此得以保留。d，显著的圆偏振体光伏效应;e，用polar MOKE探测到的电-磁转换效应；f.室温显著的非线性霍尔效应。

基于对称性分析、非线性输运的标度关系及第一性原理计算，研究团队揭示了上述现象的微观物理起源。理论结果显示，(112)取向界面的低对称性致使Berry曲率在动量空间呈现显著的非对称分布，进而在费米面附近诱导出巨大的Berry曲率偶极。这一核心量子几何特征是驱动界面非线性霍尔效应与电流诱导磁化的内在机制；相比之下，缺陷或无序等外在因素仅发挥次级调制作用，并非主导物理根源。

图2(112)- LaAIO3/SrTi03的密度泛函理论计算结果。(a),(112)-LAO/STO 界面结构原子示意图。(b),界面能带结构示意图。(c)，二维能带结构计算得到的 Bery 曲率偶极(BCD)的大小。(d),k空间积分得到的 Dyz和 Dxz随费米能级变化的关系。

这项研究通过精密的“对称性工程”，在传统氧化物界面中实现了对量子几何效应的按需设计和室温操控，标志着在功能材料领域从“发现自然”到“设计自然”的重要跨越。晶体取向工程是一种通用且可扩展的界面对称性调控手段。该策略无需引入外磁场或磁性掺杂，即可在传统非磁氧化物界面中诱导出显著的量子几何效应，并使其稳定工作于室温乃至更高温区。这不仅为氧化物自旋电子学和非线性输运研究开辟了新路径，也为在异质结构中探索磁电耦合、无外场磁化操控及新型量子功能器件奠定了关键的物理基础。

该团队在报告原文中对安徽外延科技有限公司表达了感谢。

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