在眾多強(qiáng)關(guān)聯(lián)復(fù)雜氧化物中，鈣鈦礦型錳氧化物由于多種電子相的共存和競(jìng)爭(zhēng)（即相分離現(xiàn)象）而被廣泛研究。

多個(gè)物理自由度（如電荷、自旋、軌道和晶格）之間的強(qiáng)微觀相互作用常被用來解釋混合價(jià)鈣鈦礦錳氧化物中發(fā)現(xiàn)的各種奇異宏觀物理特性（如巨磁電阻、電荷有序性等）。作為二價(jià)離子摻雜（空穴摻雜）錳氧化物的補(bǔ)充，四價(jià)離子摻雜（電子摻雜）錳氧化物引起了研究人員的廣泛興趣，這在基于全錳氧化物的p-n結(jié)和電子器件領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。與其他四價(jià)元素不同，鉿元素具有唯一的四價(jià)或零價(jià)態(tài)。這一特性使La1-xHfxMnO3成為研究電子摻雜錳氧化物電子結(jié)構(gòu)、Jahn-Teller晶格畸變和Mn3+–Mn2+離子之間雙交換相互作用的優(yōu)秀候選體系。La1-xHfxMnO3薄膜中共存相之間自由能的微妙平衡總是不穩(wěn)定的，因此很容易被外部刺激（如電流、磁場(chǎng)、應(yīng)力等）打破，從而導(dǎo)致薄膜性質(zhì)的急劇改變。

盡管大多數(shù)研究致力于通過單個(gè)外部刺激對(duì)電子摻雜錳氧化物薄膜的物理性質(zhì)進(jìn)行原位調(diào)控，但相分離的多場(chǎng)綜合控制以及由此產(chǎn)生的量子功能研究仍然非常有限。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料與物理學(xué)院鄭明研究員與合作者選擇La0.85Hf0.15MnO3作為研究對(duì)象，其成分位于鐵磁金屬La0.8Hf0.2MnO3和鐵磁絕緣La0.9Hf0.1MnO3的中間。將La0.85Hf0.15MnO3外延生長(zhǎng)在PMN-PT鐵電單晶上，構(gòu)建多鐵異質(zhì)結(jié)，證實(shí)了相分離在壓電應(yīng)變和磁場(chǎng)下調(diào)控電荷有序和電輸運(yùn)特性的作用。并且，發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)誘導(dǎo)的橫向壓應(yīng)變能夠抑制電荷有序相變溫度，降低薄膜電阻，應(yīng)變系數(shù)達(dá)到27368，這是由于壓應(yīng)變能夠增強(qiáng)Mn3+–Mn2+離子之間的雙交換作用，以及降低來自Jahn-Teller畸變的電子—聲子耦合作用。

此外，磁場(chǎng)可以將壓阻效應(yīng)削弱342倍。這一結(jié)果，加上應(yīng)變控制的磁電阻效應(yīng)，證明通過調(diào)節(jié)相分離趨勢(shì)可以獲得壓電應(yīng)變和磁場(chǎng)誘導(dǎo)的耦合效應(yīng)。該項(xiàng)研究指出了相分離在電子摻雜鈣鈦礦錳氧化物多場(chǎng)量子調(diào)控中的重要性。

（a）La0.85Hf0.15MnO3/PMN-PT多鐵異質(zhì)結(jié)磁電阻在不同極化狀態(tài)下隨溫度的變化曲線，（b）鐵磁相百分比在不同極化狀態(tài)下隨溫度的變化曲線，（c）壓電應(yīng)變誘導(dǎo)的薄膜電阻相對(duì)變化在不同磁場(chǎng)下隨溫度的變化曲線，（d）鐵磁相百分比在不同溫度下隨磁場(chǎng)的變化曲線。

該工作以“Tuning the Phase Separation, Charge Ordering, and Electronic Transport in Electron-Doped Manganite Films by Piezo-Strain and Magnetic Field”為題，在材料科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊Advanced Electronic Materials上在線發(fā)表，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料與物理學(xué)院鄭明研究員為論文第一作者兼唯一通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、江蘇省雙創(chuàng)博士及中國(guó)礦業(yè)大學(xué)高端人才計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

審核編輯 ：李倩