中科院製備成功新型人工反鐵磁體

本報訊 科學技術大學與中科院合肥物質科學研究院強磁場科學中心雙聘研究員吳文彬帶領課題組在氧化物自旋電子學研究領域取得重大突破：首次製備出基於全氧化物外延體系的人工反鐵磁體——[La2/3Ca1/3MnO3/CaRu1/2Ti1/2O3]N，並觀察到隨外加磁場清晰的具有層分辨的分步磁化翻轉模式。相關成果日前發表於《科學》雜誌。

人工反鐵磁體由於具有巨磁阻效應，被成功應用於商業磁存儲等領域，使得當今雲存檔和雲計算等新興產業成為可能。長期以來，針對人工反鐵磁體材料、物理和器件的研究多集中於過渡金屬及其合金材料。過渡金屬氧化物作為另一大類材料體系，因其高溫超導、龐磁電阻、磁電耦合、鐵電極化以及離子電導等一系列物理和化學效應，早已成為人們廣為關注的研究對象。然而，在這類材料中，一種最基本的器件結構單元——全氧化物人工反鐵磁體的缺失，嚴重阻礙了相關氧化物電子學和自旋電子學器件的研製和發展。

吳文彬課題組發現，La2/3Ca1/3MnO3（LCMO）/CaRu1-xTixO3（CRTO）界面由於Mn-O-Ru間電荷轉移，可有效抑制LCMO鐵磁層的「死層」效應；兩種材料具有完全匹配的晶格參數和對稱性，可得到完好的界面，保證了多層膜和超晶格的外延生長；其低對稱性正交結構使磁性層具有單軸磁各向異性；另外，在CRTO非磁層中，Ru、Ti含量的變化導致其電子態和輸運性能可調。

在此基礎上，課題組在LCMO/CaRu1/2Ti1/2O3（CRTO）中發現了清晰的反鐵磁層間交換耦合效應，首次觀察到從表層到內部各磁性層分步磁化翻轉模式，給出了耦合強度隨各層厚度及溫度的變化規律，以及可能的耦合機制。（柯訊）