衬底的反压电效应对锰氧化薄膜电荷有序的原位调控及机理研究

锰氧化物中的电荷有序态反映了强关联体系中的自旋、电荷、轨道、晶格多自由度的强烈耦合，具有丰富的物理内涵，受到了人们的广泛关注。本项目针对电荷有序的有效调控和形成机理问题，在铁电单晶衬底上制备具有电荷有序的反铁磁锰氧化物薄膜，在衬底上加上电压，利用铁电衬底材料的反压电效应来控制锰氧化物薄膜的晶格畸变，从而实现对电荷有序的调控。采用内耗测量、电输运性能测量和磁性能测量，并结合微结构分析方法，研究电荷有序转变温度随着外加电场的变化，探索结构变化和电荷有序变化的关联。在系统的实验测量基础上结合理论分析，建立晶格、自旋、电荷和轨道相互耦合的物理模型。项目预期将获得极化电场对反铁磁锰氧化物薄膜电荷有序的原位调控的实验规律和物理机制。项目的研究成果对于进一步提升反铁磁锰氧化物薄膜的实用价值具有重要意义。

对于生长在单晶PMN-PT衬底上的电荷有序的LPCMO薄膜，研究发现在衬底上外加不同极化电压后的晶格结构、电输运性能和磁性能测量结果表明随着极化压的增加晶格常数c线性增加，面外的拉伸应力和面内的压缩应力增加，在400V左右时达到饱和；电阻和电荷有序转变温度随着电压增加逐渐减小，而磁化强度增加。这主要是因为衬底反压电效应产生的晶格应力改变了LPCMO薄膜中共存相如铁磁、反铁磁及顺磁相的比例，从而实现了对电荷有序和磁有序的调控。项目研究成果表明利用衬底应力可以有效地调控锰氧化物中的电荷有序。