钙钛矿氧化物薄膜异质界面的奇异磁性和磁输运

人工界面的构建以及由此产生的新奇物性是凝聚态物理研究的重要课题之一。最近，在钙钛矿氧化物超晶格和异质结构中发现的奇异界面物性（金属-绝缘体转变、界面超导、二维电子气等）引发人们广泛的研究兴趣。虽然目前已有大量研究工作，但多数集中于界面结构与界面电性，而对于奇异界面磁性和磁输运的探索与研究还非常缺乏。本项目拟通过对钙钛矿过渡族金属氧化物薄膜异质界面的人工构建和调控（界面组份、界面应力、界面锐度、晶体取向、氧空位、量子限域、外场等），系统考察界面晶格再构、电子再构、轨道再构、磁交换作用以及自旋-轨道-电荷耦合对薄膜磁性和磁输运特性的影响，以期获得奇异界面磁性和磁输运并阐明其物理机制。相关研究成果对全面揭示过渡族金属氧化物界面新奇物性的机理，拓展人们对强关联效应的认识以及研发新型氧化物磁性材料和器件具有十分重要的意义。

人工界面蕴育新奇物态和物性，是凝聚态物理关注的重要研究内容。本项目通过对钙钛矿过渡族金属氧化物异质界面的人工构建和调控（化学组份、界面失配、薄膜厚度、晶体取向与台阶、局域应力、局域电场、氧空位调制、反铁磁/铁磁、自旋玻璃/铁磁耦合等），系统考察了人工氧化物界面体系的奇异磁性和磁输运。取得的主要研究结果包括：1）在半掺杂反铁磁电荷轨道有序（AFM-COO）锰氧化物中通过有序相分离界面，获得自旋向列相和低场超敏感磁电阻效应。2）氧化物薄膜异质结构中氧空位体静态调制与界面动态调制可以对绝缘体-金属转变和磁输运的调控进行有效调控，其中AFM-COO熔化临界磁场相对于块材有明显降低。以上结果对突破超大磁电阻效应的应用瓶颈有重要启示作用。3）在钙钛矿氧化物中构建超结构界面获得了一类低温下自旋态有序的新颖物态。4）对于铁磁/反铁磁交换耦合体系，一级磁化翻转曲线（FORC）可以很好地反映界面磁耦合作用的演变；5）首次在氧化物薄膜中构建自旋玻璃/铁磁界面，发现双磁切变现象的新特征，澄清了界面自旋阻挫的关键作用。这些结果拓展了界面效应研究，丰富了量子调控手段，对我们深入认识低维强关联效应物理机制，以及研发新型氧化物磁电器件具有重要的意义。