稳态强磁场用户解释锰氧化物中电子相分离的物理起源
时间 : 2020-03-30     

强关联电子体系锰氧化物中会发生不同电子相在空间中不均匀分布,即电子相分离现象。而令人不解的是这种电子相不均匀分布的尺度往往要比缺陷或化学掺杂物导致不均匀的尺度大得多,达到了微米量级。而关于锰氧化物中电子相分离现象物理起源的理论研究,一直存在争议。早期有理论表明,化学掺杂导致的无序可能是锰氧化物中发生电子相分离现象的起因,但由于制备完全有序的样品非常困难,使得这一理论至今仍未得到实验验证。 

近日,复旦大学物理系沈健教授课题组与中科院强磁场科学中心郗传英副研究员、田明亮研究员合作,使用超晶格生长的方式制备了完全化学掺杂有序的锰氧化物薄膜,通过磁力显微镜,以及强磁场下的电输运表现发现,电子相分离现象在化学掺杂有序的锰氧化物薄膜中并未发生,体系处于反铁磁绝缘体的基态。而极低温强磁场下诱导产生铁磁金属态不能稳定存在。 

通过进一步对比同化学组分无序掺杂的锰氧化物的物性,实验证明了化学掺杂导致的无序是锰氧化物中产生电子相分离现象的原因,使得锰氧化物中电子相分离的物理起源这一十几年来一直存在争议的问题得到解决。相关结果以“Direct Experimental Evidence of Physical Origin of Electronic Phase Separation in Manganites”为题发表于国际期刊《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)。 

研究工作获得国家自然科学基金,上海市自然科学基金,中国博士后科学基金会,国家博士后创新人才培养计划等项目的资助。相关极低温强磁场下的实验数据在稳态强磁场装置WM1上采集完成。 

论文链接: https://www.pnas.org/content/early/2020/03/12/1920502117 

a10K下无序掺杂的La1/3Pr1/3Ca1/3MnO3薄膜磁阻随磁场和时间的变化(b0.38K下有序掺杂的La1/3Pr1/3Ca1/3MnO3超晶格薄膜磁阻随磁场和时间的变化