在信息化的浪潮中，強關聯材料體系由于其多種參量相互耦合并可以相互調控而顯得尤為重要。新型低維材料中，對稱性破缺可以在材料邊緣引起有趣的邊緣態(tài)，這種特性在傳統氧化物體系中能否存在、是否可控，一直以來都備受科學界關注。
復旦大學沈建教授擁有豐富的錳氧化物研究經驗并在該領域實現很多開創(chuàng)性的工作。沈建教授課題組利用PPMS-SPM可在低溫強磁場下對材料的磁疇進行精細測量的特點，對復雜錳氧化物薄膜的邊緣態(tài)、電致電阻機制、化學有序度對薄膜物性的影響作系統研究并取得了重要科研成果。
一、傳統材料新特性，復雜錳氧化物薄膜的“邊緣態(tài)”及物性調控
沈健教授課題組杜愷同學通過微納加工制備了“條帶”狀(La,Pr)CaMnO3（LPCMO）薄膜。利用PPMS-SPM在低溫、強磁場環(huán)境下觀測“條帶”樣品磁疇的形狀和分布，發(fā)現樣品的邊緣部分更易出現鐵磁性磁疇。經過反復的實驗驗證和理論模擬，研究者發(fā)現正是由于空間對稱性破缺導致了LPCMO薄膜在邊緣部分更容易出現鐵磁相，“條帶”的邊緣鐵磁態(tài)對樣品的輸運性質有明顯的影響，在邊緣鐵磁態(tài)出現的樣品中樣品更容易表現出金屬性。該工作次直觀觀測到復雜錳氧化物中的對稱性破缺引起的“邊緣態(tài)”，并在2015年2月將其成果發(fā)表在Nature communications，獲學術研究者好評。(Du K, Zhang K, Dong S, et al. Visualization of a ferromagnetic metallic edge state in manganite strips[J]. Nature communications, 2015, 6.)
在磁場環(huán)境下樣品的磁疇并不均勻分布，其邊緣部分更易出現鐵磁性磁疇
二、復雜錳氧化物薄膜電致電阻內在機制的直觀觀測
沈建教授課題組魏文剛、劉皓同學利用PPMS-SPM組件在低溫下原位觀測了電流激發(fā)前后LPCMO薄膜高低阻態(tài)的磁疇形狀及分布。結果顯示，電流基本不改變樣品的鐵磁比例，樣品的磁疇形狀在大尺度上并沒有明顯變化。隨后，通過對測得磁疇圖的仔細對比，他們驚喜地發(fā)現，在“關鍵”位置電流激發(fā)出了細小的鐵磁疇，而這些細小鐵磁疇起到的橋梁作用，將大的鐵磁疇連接起來形成了導電通路。該工作次通過原位觀測的手段觀測到電致電阻材料中激發(fā)出的導電通路，其成果于2016年1月發(fā)表在Physical Review B期刊。 (Wei W, Zhu Y, Bai Y, et al. Direct observation of current-induced conductive path in colossal-electroresistance manganite thin films[J]. Physical Review B, 2016, 93(3): 035111.)
在“關鍵”位置電流激發(fā)出了細小鐵磁疇
三、化學有序度對物性的影響
為了研究化學摻雜的有序度對復雜錳氧化物物性的影響，朱銀燕等同學分別制備了化學組分相同的無序摻雜LPCMO薄膜和有序摻雜LCMO/PCMO超晶格薄膜。通過PPMS-SPM測量了樣品在低溫下的磁疇，發(fā)現有序摻雜的超晶格樣品磁疇的平均面積更小并且表現出了更強的連通性。經過進一步的電輸運測量，超晶格樣品的金屬絕緣體轉變溫度也遠遠高于無序摻雜樣品。該工作通過實驗深層次研究了化學有序度對錳氧化物強關聯體系物性的影響，同時結合理論模擬給出了內在機制的闡述和解釋，終成果于2016年7月正式發(fā)表。(Zhu Y, Du K, Niu J, et al. Chemical ordering suppresses large-scale electronic phase separation in doped manganites[J]. Nature communications, 2016,7.)
有序摻雜和無序摻雜樣品的磁疇圖及電阻率隨溫度的變化
目前沈健老師課題組已在PPMS-SPM組件上實現了AFM、MFM、PFM、CAFM等多種功能，并且實現了電輸運等條件下的原位測量，更多重要的工作正在研究和發(fā)表過程中。我們非常高興PPMS-SPM用戶取得如此可喜的成績，并祝愿所有QD產品的用戶在科研上再上新臺階！
注：文中所有學術圖片均歸原作者所有
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