強(qiáng)磁場下關(guān)聯(lián)電子晶體研究取得進(jìn)展
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心盛志高、陸輕鈾合作團(tuán)隊(duì)依托超導(dǎo)SM2組合顯微測試系統(tǒng),在氧化物關(guān)聯(lián)電子晶體研究中取得進(jìn)展,工作發(fā)表在期刊ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 23, 20136(2018)上。
固態(tài)物質(zhì)既有玻璃態(tài)又有晶體態(tài)。玻璃態(tài)是無序的,長程有序化就成了晶體態(tài),這些態(tài)除了原子組成的晶格態(tài),還有電子-電子、電子-晶格作用形成的電子態(tài)。而且,電子的電荷、自旋和軌道三種自由度能夠各自或同時形成物態(tài)。和晶格一樣,電子多重自由度的短程有序可以形成電子玻璃態(tài),而長程有序則能形成晶體態(tài),也就是電子晶體。原子晶體以及個別電子相單晶已經(jīng)被廣泛研究,有宏觀的,也有微觀層面的。而對于有些電子單晶以及多重量子序電子單晶,則研究較少。由于測量參數(shù)的缺失與實(shí)驗(yàn)條件的限制,從微觀層面上探索電子序單晶尤其是多重量子序電子單晶十分困難,盡管他們對于深入理解量子序及其物性有著重要意義。 強(qiáng)磁場中心盛志高低維材料磁光團(tuán)隊(duì)與日本理化學(xué)研究所、美國斯坦福大學(xué)合作,于2015年首次從實(shí)空間角度,實(shí)時觀察到了關(guān)聯(lián)電子薄膜中的電子玻璃態(tài),不僅驗(yàn)證了其中的弛豫行為、冷卻過程依賴特性,而且從圖像及數(shù)值上揭示了電子玻璃態(tài)的各態(tài)遍歷機(jī)制(Phys. Rev. Lett. 115, 265701 (2015))。在此工作基礎(chǔ)上,團(tuán)隊(duì)與強(qiáng)磁場中心陸輕鈾掃描探針顯微團(tuán)隊(duì)緊密合作,聯(lián)合日本理化學(xué)研究所、中科院固體所、東南大學(xué)等相關(guān)課題組,經(jīng)過多維度調(diào)控,在錳氧化物薄膜中實(shí)現(xiàn)了第一個高溫的關(guān)聯(lián)電子晶體(區(qū)別于極低溫下的Wigner晶體);并采用強(qiáng)磁場中心自主研制的20T強(qiáng)磁場磁力顯微鏡,在實(shí)空間中直接觀察到了多重量子序電子單晶及其動力學(xué)行為,包括電子單晶的形核、生長、弛豫、融化等過程。這一結(jié)果不僅為人們深入理解電子相中多種自由度的耦合與競爭提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),而且為人們從微觀角度認(rèn)識和操控電子相,尤其是多重電子相提供了機(jī)遇。 關(guān)聯(lián)電子晶體在強(qiáng)磁場下的磁力顯微圖像(左)與對應(yīng)的電子態(tài)示意圖(右),其中,電子晶體的邊界方向與電子的多自由度共同程序的方向高度吻合。 該工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委、中科院大科學(xué)中心項(xiàng)目資助。 論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b04057 |