证实相分离在压电应变和磁场诱导中的作用

在众多强关联复杂氧化物中，钙钛矿型锰氧化物由于多种电子相的共存和竞争（即相分离现象）而被广泛研究。

多个物理自由度（如电荷、自旋、轨道和晶格）之间的强微观相互作用常被用来解释混合价钙钛矿锰氧化物中发现的各种奇异宏观物理特性（如巨磁电阻、电荷有序性等）。作为二价离子掺杂（空穴掺杂）锰氧化物的补充，四价离子掺杂（电子掺杂）锰氧化物引起了研究人员的广泛兴趣，这在基于全锰氧化物的p-n结和电子器件领域具有巨大应用潜力。与其他四价元素不同，铪元素具有唯一的四价或零价态。这一特性使La1-xHfxMnO3成为研究电子掺杂锰氧化物电子结构、Jahn-Teller晶格畸变和Mn3+–Mn2+离子之间双交换相互作用的优秀候选体系。La1-xHfxMnO3薄膜中共存相之间自由能的微妙平衡总是不稳定的，因此很容易被外部刺激（如电流、磁场、应力等）打破，从而导致薄膜性质的急剧改变。

尽管大多数研究致力于通过单个外部刺激对电子掺杂锰氧化物薄膜的物理性质进行原位调控，但相分离的多场综合控制以及由此产生的量子功能研究仍然非常有限。

中国矿业大学材料与物理学院郑明研究员与合作者选择La0.85Hf0.15MnO3作为研究对象，其成分位于铁磁金属La0.8Hf0.2MnO3和铁磁绝缘La0.9Hf0.1MnO3的中间。将La0.85Hf0.15MnO3外延生长在PMN-PT铁电单晶上，构建多铁异质结，证实了相分离在压电应变和磁场下调控电荷有序和电输运特性的作用。并且，发现电场诱导的横向压应变能够抑制电荷有序相变温度，降低薄膜电阻，应变系数达到27368，这是由于压应变能够增强Mn3+–Mn2+离子之间的双交换作用，以及降低来自Jahn-Teller畸变的电子—声子耦合作用。

此外，磁场可以将压阻效应削弱342倍。这一结果，加上应变控制的磁电阻效应，证明通过调节相分离趋势可以获得压电应变和磁场诱导的耦合效应。该项研究指出了相分离在电子掺杂钙钛矿锰氧化物多场量子调控中的重要性。

（a）La0.85Hf0.15MnO3/PMN-PT多铁异质结磁电阻在不同极化状态下随温度的变化曲线，（b）铁磁相百分比在不同极化状态下随温度的变化曲线，（c）压电应变诱导的薄膜电阻相对变化在不同磁场下随温度的变化曲线，（d）铁磁相百分比在不同温度下随磁场的变化曲线。

该工作以“Tuning the Phase Separation, Charge Ordering, and Electronic Transport in Electron-Doped Manganite Films by Piezo-Strain and Magnetic Field”为题，在材料科学领域国际知名期刊Advanced Electronic Materials上在线发表，中国矿业大学材料与物理学院郑明研究员为论文第一作者兼唯一通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省双创博士及中国矿业大学高端人才计划等项目的支持。

审核编辑 ：李倩