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这篇综述探讨了利用水溶性牺牲层Sr3Al2O6剥离制备应变自由SrRuO3（SRO）薄膜，系统比较了剥离前后薄膜的结构、磁性与磁输运特性。研究发现应变释放导致磁各向异性重定向（易轴偏离法向22°），并显著改变了反常霍尔效应（AHE）、纵向负磁阻（NLMR）和横向磁阻的符号与幅度，揭示了Weyl费米子在磁输运中的核心作用以及应变对费米速度的调控机制，为基于拓扑量子材料的柔性电子器件提供了新思路。
引言
过渡金属钙钛矿氧化物中晶格与电子特性的强耦合是其典型特征，这源于d轨道对氧八面体晶体场的高度敏感性。以正交晶系（Pbnm）钙钛矿SrRuO3（SRO）为例，它在160 K以下表现出巡游铁磁性，其磁化易轴在单晶中沿b轴取向，而在薄膜中高度敏感于应变状态。理论预测，大的外延应变甚至可能完全淬灭磁化。这种磁态与电导的强耦合体现在反常霍尔效应（AHE）等现象中。
近年来，通过在外延异质结构中添加牺牲层（如Sr3Al2O6，SAO），可以将晶体层从衬底剥离，并利用干法转印技术转移到任意所需衬底上，形成薄而应变自由的膜。这种方法为诱导新的应变调制或耦合不同对称性的材料开辟了道路。本研究旨在比较SRO在剥离过程前后的结构、磁性和磁输运特性。
样品制备与结构表征
样品通过脉冲激光沉积在TiO2终止的（001）SrTiO3（STO）衬底上生长。异质结构为SAO（15个晶胞，u.c.）/STO（8 u.c.）/SRO（样品A：40 u.c.；B：14 u.c.；C：6 u.c.）/STO（8 u.c.）盖层。利用SAO作为水溶性牺牲层进行剥离和转移：将聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章压在异质结构上，浸入去离子水中24小时溶解SAO，随后将外延层与衬底分离，并转印到蓝宝石衬底上。
X射线衍射（XRD）光谱显示，剥离前SRO的（0 0 2）pc衍射峰因面外晶格参数cpc增大（样品A：3.946 ?；B：3.959 ?；C：3.964 ?）而向低角度偏移，这是STO衬底施加的压缩应变（0.47%）的特征。剥离后，这些峰位移至SRO体材料值，表明SRO薄膜在其独立膜形式下是应变自由的；有限的尺寸振荡表明剥离和转移过程后膜保持了高结晶质量。拟合这些振荡得出的膜厚度与沉积顺序一致。
磁性与磁各向异性的变化
Ru 4d电子的强自旋轨道耦合决定了SRO中观察到的磁晶各向异性：在体材料中，磁化易轴沿b轴取向。在（0 0 1）STO衬底上生长的薄膜中，外延应变使磁化沿薄膜法线方向取向。应变释放导致易轴重新定向：超导量子干涉仪（SQUID）测量显示，样品B（饱和后）在5 mT面内（H∥）和面外（H⊥）磁场下的剩磁磁化强度随温度演变。根据面内磁矩（m∥）和面外磁矩（m⊥）计算得出，应变自由膜的易轴取向偏离法线方向θ = 22 ± 2°。
磁化易轴方向的变化是晶格与d轨道电子态耦合的直接后果：压缩应变导致磁化M更指向面外，而拉伸应变导致其更指向面内。这归因于STO衬底的压缩应变增加了SRO八面体的倾斜，导致（dxz， dyz）轨道与O pz轨道的轨道重叠更大，而自旋轨道相互作用（SOI）使得由于这些轨道的z分量增加，磁矩更指向面外。
电输运特性的演变
纵向电阻率随温度的变化显示，所有曲线在降温时都显示出从顺磁态到铁磁态转变的特征拐点。剥离和转移过程在整个温度范围内保持了样品的高电导率，样品B的薄膜和膜的剩余电阻比均为3。由电阻率拐点位置确定的居里温度（TC）在样品A（137 K → 144 K）和B（145 K → 153 K）中增加，而在样品C（141 K → 136 K）中降低且拐点更宽。
霍尔效应数据提供了膜相对于薄膜磁态变化的显著证据。如图4所示，样品B的横向电阻随温度在TC附近变化。与SRO中常见情况一样，霍尔效应在温度接近磁转变时显示出反常贡献，并伴有符号变化：纵向电阻中观察到的TC偏移在横向分量中再现。SRO中AHE的一个独特特征是它在某个温度（Tswitch）改变符号，这归因于对内在AHE的贝里曲率贡献。一方面，我们观察到剥离后Tswitch增加，这可能归因于Ru 4d–O 2p轨道重叠增加导致的导带稳定性增强，需要更大的热能促进巡游电子从一个带跨越到另一个带。另一方面，剥离后ρAHE大幅下降。反常贡献的幅度（与垂直于导电平面的磁化分量成比例）在低温下对膜急剧减小，这与SQUID测量中观察到的磁化方向变化一致。
磁阻与Weyl费米子的作用
为了进一步探究膜磁态变化的后果，我们测量了磁阻，将磁场沿面内平行于（μ0H∥）和垂直于（μ0H⊥）电流方向施加。图5显示了样品B在1.5 K下两种几何构型的测量结果比较。从平行方向可以提取磁化反转所需的矫顽场：它从剥离前的0.95 T降低到剥离后的0.695 T，证实应变释放后磁易轴更指向面内。在中间磁场下存在负线性纵向磁阻，这与磁性Weyl费米子及其相关的手征异常所起的重要作用一致。应变弛豫并未定量改变这种负纵向磁阻的出现，这在所有测量的样品中都观察到，且与样品厚度无关。横向磁阻则表现出不同的行为：薄膜在低场下观察到的正磁阻在膜中变为负值。
图5提供的特征表明，SrRuO3膜的磁输运主要由其Weyl费米子决定。剥离前后观察到的负纵向磁阻是由与Weyl锥相关的非平凡贝里曲率引起的众所周知效应。此外，磁阻是强各向异性的，因此意味着同时存在平面霍尔效应：这是手征异常的主要指纹。有限横向磁阻的存在及其在应变弛豫时的变化反而显示了电子和晶格自由度之间的强耦合。
半经典玻尔兹曼输运理论预测，对于理想的洛伦兹不变Weyl锥，面内横向磁阻应该消失。然而，Weyl锥中存在倾斜会导致有限的面内横向磁阻，即使它们仍可被归类为I型。重要的是，如果倾斜矢量具有沿驱动电场方向的分量，这种横向磁阻可以从正变为负，符号变化由倾斜参数与费米速度的比率决定。因此，在固定倾斜下通过降低费米速度可以发生符号变化。这种情况与压缩应变的释放完全一致。例如在石墨烯中，应变对Weyl锥的影响是双重的：首先，它影响相反手性Weyl节点在动量空间中的分离；其次，也是最重要的，它改变了费米速度，改变量与应变强度成正比。这为所有膜中观察到的横向磁阻符号变化提供了一个直观而简单的解释。
结论
通过水剥离牺牲层Sr3Al2O6，制备了不同厚度的超薄、金属性、应变自由的SrRuO3膜。对其结构参数的研究表明，剥离后SrRuO3薄膜的压缩应变得到释放。电输运测量显示剥离后居里温度升高，突出了由于应变释放导致的铁磁相稳定性增加。磁输运测量显示每种厚度在剥离后反常霍尔电阻率大幅下降，这可归因于应变释放导致磁易轴更指向面内。此外，这些测量通过剥离证明了应变引起的倾斜Weyl节点费米速度变化，体现在面内磁阻斜率的大幅降低，特别是当施加磁场垂直于施加电流时。这些柔性、巡游铁磁膜为研究诸如AHE等几何贝里相位驱动的现象提供了一个合适的平台，同时突出了应变对材料结构、电子和磁性特性的显著影响。
方法
SAO/STO/SRO/STO异质结构通过脉冲激光沉积在商业TiO2终止的SrTiO3（001）衬底上制备。使用KrF准分子激光器进行激光烧蚀，脉冲频率为1 Hz。每种材料层的生长条件见支持信息。厚度通过反射高能电子衍射（RHEED）原位监测，每个样品在550 °C、300 mbar氧气压力下后退火。所得异质结构通过XRD测量。随后，将铝接触点以范德堡几何键合到每个样品上。然后使用配备10 T超导磁体的氦流低温恒温器进行磁输运测量。样品随后通过附着到PDMS印章并暴露于去离子水中24小时进行剥离。每个PDMS印章然后压印到商业Al2O3衬底上。对这些蓝宝石衬底上的SRO膜重复XRD测量。使用量子设计MPMS3 SQUID磁强计在DC扫描模式下对未图案化的膜进行磁力测量。通过测量相同条件下相同支架中的裸蓝宝石衬底，然后减去并重新拟合DC扫描，去除了支架和衬底信号。SRO薄片通过结合电子束光刻和剥离技术，用电子束蒸发沉积的Pd进行电接触。在Pd沉积之前，通过氩离子铣原位蚀刻绝缘的STO盖层。然后在氦低温恒温器中对这些薄片重复磁输运测量。
