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宁波材料所强关联电子体系的电子液晶相研究取得进展

2013.11.20

  在强关联电子体系,由于电子之间的强相互作用,导致了许多新奇的物理现象,如高温超导、庞磁电阻效应、金属-绝缘体转变、分数量子霍尔效应、量子相变和量子临界现象等等。强关联电子体系一直是材料学、物理学、电子器件等领域的一个研究热点和难点。直到现在,各学科仍在该体系进行合作研究,以了解强关联电子材料复杂的物理现象及其背后的物理机制。最近,在高温超导体系中发现的各向异性电子液晶相(Nematic phase)被认为可能是解释高温超导起源的重要因素之一。但是在其他强关联电子体系中,电子液晶相鲜有报道,并且这种新的电子相的微观起源还不清楚。

  中科院宁波材料技术与工程研究所磁性材料器件重点实验室王保敏研究员系统研究了庞磁电阻锰氧化物薄膜在不同应力状态下电输运行为及其微观机制。首先,利用脉冲激光沉积(PLD)方法在不同单晶衬底上外延了原子级平整的高质量La0.7Sr0.3MnO3薄膜;随后,研究了薄膜在不同应力状态下的电输运行为,发现La0.7Sr0.3MnO3在受到大的拉应力情况下低温下表现出出人意料的各向异性电输运行为。

  已有报道显示,La0.7Sr0.3MnO3在大的拉应力下,材料的磁基态会由铁磁转变为A型反铁磁,从而束缚电子(空穴)只能在一个二维的平面内传输。因此,观察到的各向异性电输运行为可能与大的拉应力诱导的二维电子输运特性密切有关。这与在高温超导体里面观察到的各向异性电子液晶相存在的情形非常相似,同时这也解释了为什么La0.7Sr0.3MnO3在压应力或小的拉应力下都观察不到各向异性的电输运。利用逐渐增加薄膜厚度以及外加磁场手段来破坏A型反铁磁结构的稳定性,电输运测量发现低温部分的各向异性逐渐减弱直至消失。这些结果进一步表明,电输运的各向异性与二维导电平面的存在密切相关。随后,科研人员借助同步辐射X-射线吸收谱研究发现,各向异性电输运与体系中Mn-O轨道杂化的各向异性有着直接的关联。第一性原理计算也证实了这一观点。该研究发现为理解强关联电子体系中各向异性电子液晶相的微观起源提供重要启示。研究结果对未来研发基于强关联电子材料的电子器件具有重要的指导意义。

  相关研究结果已在Nature子刊Nature Communications(4, 2778 2013)上发表。

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