科研人員在錳氧化物薄膜中觀察到結構疇壁對相分離的調控作用

近期，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心陸輕鈾和吳文彬合作團隊在一系列錳氧化物薄膜中誘導產生了一種新型的結構疇壁，並且依託自主研製的18/20T組合顯微鏡測量平台對其進行了觀測，研究了其對相分離的限制作用。相關成果以Induced formation of structural domain walls and their confinement on phase dynamics in strained manganite thin films為題發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。

疇壁（domain wall，簡寫為DW）一直是磁性材料的研究重點。一般來說，疇壁是相鄰的相或者不同取向的疇之間的邊界，通常位於材料中序參數不斷發生變化的過渡區域。因此，疇壁經常表現出其周邊區域所不具有的奇特物理性質，這也使得疇壁的研究工作變得非常重要。例如，在鐵電氧化物中發現了導電性更強的疇壁以及在電荷有序的疇壁中發現了可能的超導成核現象。因此，在這些強關聯電子系統中發現甚至設計出特殊的疇壁，以及研究疇壁系統獨有的現象，都是值得深入探索的課題。然而，到目前為止，關於這方面的研究鮮有報道。這或許是由於疇壁在整個材料中佔有比例較低的緣故，通常的宏觀整體測量很難探測出微觀尺度上的疇壁。

研究人員通過減少薄膜厚度，改變襯底取向，以及元素摻雜等多種方法，首次在一系列錳氧化物中成功誘導產生了一種新型的疇壁，並利用18/20T組合顯微鏡測量平台的高靈敏磁力顯微鏡系統（MFM），從微觀層面上系統研究了疇壁的物理性質及其在相分離過程中扮演的重要作用。

具體來說，該項合作研究取得如下發現：一是疇壁形成了大量形態千差萬別的閉環迴路結構。在某些情況下，疇壁具有優選的晶格取向並且對溫度或磁場幾乎沒有依賴性，顯示了疇壁的結構起源；二是通過MFM的直接觀測，不僅證實了該疇壁在低溫下處於鐵磁金屬態，更確定了其居里溫度高於體材TC。最重要的是，該疇壁能充當不可移動的壁壘，嚴格限制了相分離的出現以及生長。

該工作論述了通過設計疇壁來調控系統相分離的可能性。同時，在整個研究過程中，自主研製的MFM發揮了不可替代的重要作用。該工作再次證明了該精密儀器的先進性以及高技術含量儀器自主研發的重要性。

變磁場MFM測量結果。樣品首先零場冷卻到150 K，（a-e）為之後的升場過程，隨著磁場的增加，鐵磁相增多並且逐漸佔據了整個樣品。（f-j）為降場過程，電荷有序相從鐵磁相中析出，但其生長被疇壁嚴格限制。

來源：中國科學院合肥物質科學研究院

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