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365bet官网研究人员在强关联电子体系的电子液晶相研究方面取得进展
编辑:365bet体育在线投注,日期:2013-11-19

  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)被认为可能是说明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。 

  中科院磁性材料与器件重点实验室科研人员王保敏副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,同时这也说明了为什么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-射线吸取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引导意义。 

  相关研究结果已在Nature子刊Nature Communications上发表。Nature Communications 4, 2778 (2013)http://www.nature.com/ncomms/2013/131113/ncomms3778/full/ncomms3778.html 

 

 

不同衬底上LSMO薄膜的高分辨XRD结构谱和表面形貌图 

(结果显示可以通过改变单晶衬底来制备受不同应力的高质量LSMO薄膜) 

 

 

LSMO在不同应力状态下电输运的各向异性 

(结果显示在受到大的拉应力下LSMO薄膜低温表现出了异常的面内各向异性) 

 

 

  LSMO在大的拉应力下Mn-3dO-2pX射线吸取谱以及电子在杂化轨道间转移的示意图 

(结果显示大的拉应力下,LSMOMn-3d轨道没有发生大的各向异性,然而Mn3d-O2p轨道杂化出现了异常的各向异性,这一个结果可能是产生电输运各向异性的起源) 

 

                                                                                    (磁材事业部)

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