強關聯(lián)電子體系錳氧化物中會發(fā)生不同電子相在空間中不均勻分布，即電子相分離現(xiàn)象。而令人不解的是這種電子相不均勻分布的尺度往往要比缺陷或化學摻雜物導致不均勻的尺度大得多，達到了微米量級。而關于錳氧化物中電子相分離現(xiàn)象物理起源的理論研究，一直存在爭議。早期有理論表明，化學摻雜導致的無序可能是錳氧化物中發(fā)生電子相分離現(xiàn)象的起因，但由于制備完全有序的樣品非常困難，使得這一理論至今仍未得到實驗驗證。

　　近日，復旦大學物理系沈健教授課題組與中科院合肥研究院強磁場科學中心郗傳英副研究員、田明亮研究員合作，使用超晶格生長的方式制備了完全化學摻雜有序的錳氧化物薄膜，通過磁力顯微鏡以及強磁場下的電輸運表現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，電子相分離現(xiàn)象在化學摻雜有序的錳氧化物薄膜中并未發(fā)生，體系處于反鐵磁絕緣體的基態(tài)。而極低溫強磁場下誘導產(chǎn)生鐵磁金屬態(tài)不能穩(wěn)定存在。

　　通過進一步對比同化學組分無序摻雜的錳氧化物的物性，實驗證明了化學摻雜導致的無序是錳氧化物中產(chǎn)生電子相分離現(xiàn)象的原因，使得錳氧化物中電子相分離的物理起源這一十幾年來一直存在爭議的問題得到解決。相關結果以“Direct Experimental Evidence of Physical Origin of Electronic Phase Separation in Manganites”為題發(fā)表于國際期刊《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）。

　　研究工作獲得國家自然科學基金，上海市自然科學基金，中國博士后科學基金會，國家博士后創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃等項目的資助。相關實驗數(shù)據(jù)在穩(wěn)態(tài)強磁場裝置WM1上采集完成。

　　論文鏈接： https://www.pnas.org/content/early/2020/03/12/1920502117。

　　（a）10K下無序摻雜的La_1/3Pr_1/3Ca_1/3MnO₃薄膜磁阻隨磁場和時間的變化（b）0.38K下有序摻雜的La_1/3Pr_1/3Ca_1/3MnO₃超晶格薄膜磁阻隨磁場和時間的變化