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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁 > 科研進(jìn)展

科學(xué)家在張應(yīng)力LaCoO₃薄膜中直接觀測(cè)到半占據(jù)的鐵磁分布狀態(tài)

2019-09-05 合肥物質(zhì)科學(xué)研究院

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語音播報(bào)

　　近年來，磁性薄膜及界面因表現(xiàn)出其塊體材料往往不具備的新奇物理效應(yīng)或性能，從而得到磁性材料學(xué)家的廣泛關(guān)注。例如，塊體材料LaCoO₃在低于90K時(shí)為反磁性；高于90K時(shí)，由于熱激發(fā)效應(yīng)，體系轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艖B(tài)。然而，奇特的是，當(dāng)LaCoO₃生長(zhǎng)在張應(yīng)力的襯底上時(shí)，它突然轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)鐵磁性，其居里溫度為85K。目前，領(lǐng)域內(nèi)大致認(rèn)可張應(yīng)力對(duì)系統(tǒng)鐵磁性產(chǎn)生的重要作用。然而，關(guān)于該體系中鐵磁性產(chǎn)生的機(jī)理，還有較大的分歧存在，張應(yīng)力LaCoO₃薄膜中鐵磁相出現(xiàn)的原因仍然不確定。此外，根據(jù)理論計(jì)算表明，在均勻的LaCoO₃薄膜中，由于Co³⁺高自旋與Co³⁺低自旋的超交換相互作用，計(jì)算出Co的磁矩約為2μB/Co。然而，到目前為止，實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的數(shù)值只有理論值的一半（約1μB/Co）。實(shí)驗(yàn)與理論的不符，一直沒有一個(gè)很好的解釋。

　　合作組通過調(diào)控氧壓，合理選擇襯底取向等一系列手段，生長(zhǎng)出結(jié)構(gòu)均勻、氧空位缺陷低于2%的優(yōu)越LaCoO₃樣品，其中氧空位缺陷已經(jīng)低于系統(tǒng)能測(cè)量的最低值。該樣品為研究并揭示LaCoO₃中鐵磁相的成因、性質(zhì)探究提供了基礎(chǔ)。為此，合作組期望利用低溫MFM磁成像技術(shù)，確定磁結(jié)構(gòu)分布。

　　合作組利用自制的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)MFM系統(tǒng)，對(duì)LaCoO₃薄膜進(jìn)行了系統(tǒng)的微觀磁結(jié)構(gòu)成像研究，發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)均勻的高品質(zhì)樣品中依然存在亞微米尺度上的本征相分離行為。此外，在4.5 K下，即使在13.4T的磁場(chǎng)中，鐵磁相依然處于一種半占據(jù)狀態(tài)，即體系中鐵磁相與非鐵磁相各占據(jù)50%。這很好地解釋了實(shí)驗(yàn)測(cè)量值只有理論值一半的原因。該工作為理解體系中鐵磁相的產(chǎn)生以及形成機(jī)制提供直接微觀支撐。

　　文章鏈接

　　圖：(a)-(h),4.5 K下MFM測(cè)量結(jié)果。(i) 鐵磁相百分比隨磁場(chǎng)的變化。(j) MFM信號(hào)方均根隨磁場(chǎng)變化。（k）鐵磁相尺寸分布圖。

　　近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)雙聘研究員陸輕鈾，與中國(guó)科大教授翟曉芳、陸亞林合作，利用自制的低溫磁力顯微鏡系統(tǒng)（MFM），在張應(yīng)力LaCoO3薄膜的磁性研究方面取得新進(jìn)展。通過微觀尺度上系統(tǒng)研究該體系中磁結(jié)構(gòu)的分布、尺寸以及隨溫度、磁場(chǎng)演變的行為，在高質(zhì)量的LaCoO3中觀測(cè)到亞微米尺度的本征相分離行為，發(fā)現(xiàn)了這類體系中鐵磁相的半占據(jù)狀態(tài)，解釋了相關(guān)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值不符的原因。成果以Direct imaging revealing halved ferromagnetism in tensile-strained LaCoO3 thin films 為題發(fā)表在Phys. Rev. Mat上。
　　近年來，磁性薄膜及界面因表現(xiàn)出其塊體材料往往不具備的新奇物理效應(yīng)或性能，從而得到磁性材料學(xué)家的廣泛關(guān)注。例如，塊體材料LaCoO3在低于90K時(shí)為反磁性；高于90K時(shí)，由于熱激發(fā)效應(yīng)，體系轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艖B(tài)。然而，奇特的是，當(dāng)LaCoO3生長(zhǎng)在張應(yīng)力的襯底上時(shí)，它突然轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)鐵磁性，其居里溫度為85K。目前，領(lǐng)域內(nèi)大致認(rèn)可張應(yīng)力對(duì)系統(tǒng)鐵磁性產(chǎn)生的重要作用。然而，關(guān)于該體系中鐵磁性產(chǎn)生的機(jī)理，還有較大的分歧存在，張應(yīng)力LaCoO3薄膜中鐵磁相出現(xiàn)的原因仍然不確定。此外，根據(jù)理論計(jì)算表明，在均勻的LaCoO3薄膜中，由于Co3+高自旋與Co3+低自旋的超交換相互作用，計(jì)算出Co的磁矩約為2μB/Co。然而，到目前為止，實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的數(shù)值只有理論值的一半（約1μB/Co）。實(shí)驗(yàn)與理論的不符，一直沒有一個(gè)很好的解釋。
　　合作組通過調(diào)控氧壓，合理選擇襯底取向等一系列手段，生長(zhǎng)出結(jié)構(gòu)均勻、氧空位缺陷低于2%的優(yōu)越LaCoO3樣品，其中氧空位缺陷已經(jīng)低于系統(tǒng)能測(cè)量的最低值。該樣品為研究并揭示LaCoO3中鐵磁相的成因、性質(zhì)探究提供了基礎(chǔ)。為此，合作組期望利用低溫MFM磁成像技術(shù)，確定磁結(jié)構(gòu)分布。
　　合作組利用自制的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)MFM系統(tǒng)，對(duì)LaCoO3薄膜進(jìn)行了系統(tǒng)的微觀磁結(jié)構(gòu)成像研究，發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)均勻的高品質(zhì)樣品中依然存在亞微米尺度上的本征相分離行為。此外，在4.5 K下，即使在13.4T的磁場(chǎng)中，鐵磁相依然處于一種半占據(jù)狀態(tài)，即體系中鐵磁相與非鐵磁相各占據(jù)50%。這很好地解釋了實(shí)驗(yàn)測(cè)量值只有理論值一半的原因。該工作為理解體系中鐵磁相的產(chǎn)生以及形成機(jī)制提供直接微觀支撐。
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　　圖：(a)-(h),4.5 K下MFM測(cè)量結(jié)果。(i) 鐵磁相百分比隨磁場(chǎng)的變化。(j) MFM信號(hào)方均根隨磁場(chǎng)變化。（k）鐵磁相尺寸分布圖。
　　

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