我国学者与海外合作者在关联氧化物铁磁极化金属态研究方面取得进展

　　相关研究成果以“一种关联铁磁极化金属的设计（A correlated ferromagnetic polar metal by design）”为题，于2024年4月11日发表在《自然?材料》（Nature Materials）杂志上

　　

图 基于Ruddlesden–Popper(RP，左)和Brownmillerite(BM，中)结构提出的全新结构构型A₃B₃O₈(右)的示意图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52388201、52025024）等资助下，清华大学于浦教授团队和国内外多个科研团队合作，在关联氧化物铁磁极化金属态研究方面取得进展。相关研究成果以“一种关联铁磁极化金属的设计（A correlated ferromagnetic polar metal by design）”为题，于2024年4月11日发表在《自然?材料》（Nature Materials）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-024-01856-6。

　　在单一材料中实现两种甚至两种以上常规不相容的物性不仅会促进人们对传统物性的认知，还可带来新物性的发现和新功能应用的开拓。如兼具磁性和铁电性的多铁性材料显示出显著的磁电耦合效应，具有丰富的物理内涵和巨大的商业应用前景。相关研究成为了凝聚态物理和材料科学的重要研究方向之一。类似地，将电极化和金属性两个看似矛盾的物性相统一，则会产生由安德森（P. W. Anderson）等所提出的电极化金属特性，相关研究近年来受到研究者的广泛关注。受到多铁性材料中磁电耦合效应的启发，将铁磁性引入到电极化金属有望在金属体系中诱导出铁磁极化金属这一新奇物相，相关材料和关联物性的探索具有重要科学价值。然而在单一材料中，同时将电极化、铁磁性以及电极化、金属性这两对看似相互矛盾的性质内禀地耦合在一起，面临着巨大挑战。

　　于浦教授团队与国内外合作者创新性地利用氧多面体作为材料物性的调控基元，有效拓展了关联材料的设计思路。通过对氧空位序的原子精度操控，如图所示创制出一种由双层CoO₆八面体和单层CoO₄四面体交替周期堆垛而形成的准二维结构Ca₃Co₃O₈；并在该材料中实现了铁磁极化金属态——铁磁和电极化、金属性和电极化这两对传统上不相容性质的和谐共存。多物性间的耦合使得Ca₃Co₃O₈展现出无需外加磁场的本征非互易电阻特性（正负方向电流下的电阻不同）以及具有强鲁棒性的拓扑磁结构等系列新奇物理现象。

　　该工作不仅为探测磁电耦合这一重要功能物性提供了宝贵的研究平台，也为关联氧化物材料的设计开辟了新的研究策略。