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清華大學(xué)于浦團(tuán)隊(duì)，今日最新Nature Materials！

第一作者：Jianbing Zhang

通訊作者：于浦，于榮, James M. Rondinelli

通訊單位：清華大學(xué)，西北大學(xué)

論文速覽：

近年來(lái)，極性金屬因其具有的潛在功能性而受到越來(lái)越多的關(guān)注。本研究報(bào)道了在準(zhǔn)二維Ca3Co3O8中實(shí)驗(yàn)性地實(shí)現(xiàn)了鐵磁性、極性畸變和金屬性的內(nèi)在共存。

該材料通過(guò)氧四面體CoO4單層和八面體CoO6雙層的交替堆疊而結(jié)晶。鐵磁金屬態(tài)被限制在準(zhǔn)二維CoO6層內(nèi)，而反演對(duì)稱性的破缺同時(shí)源于Co的位移。空間反演和時(shí)間反演對(duì)稱性的破壞，以及它們之間的強(qiáng)耦合，產(chǎn)生了內(nèi)在的磁手性各向異性和奇異的無(wú)磁場(chǎng)非互易電導(dǎo)率。

這項(xiàng)工作不僅為探索金屬系統(tǒng)中極性和磁性之間的耦合提供了豐富的平臺(tái)，具有廣泛的潛在應(yīng)用，而且定義了一種新穎的設(shè)計(jì)策略，用于訪問奇異的相關(guān)電子態(tài)。

圖文導(dǎo)讀：

圖1 | Ca3Co3O8實(shí)驗(yàn)。展示了RP結(jié)構(gòu)、brownmillerite結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的Ca3Co3O8的晶體原子結(jié)構(gòu)對(duì)比，強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)有序的氧空位概念。

圖2 |Ca3Co3O8的磁性和金屬性質(zhì)。展示了沿著IP和OOP方向的溫度依賴磁化測(cè)量、磁滯回線、電阻率溫度依賴性以及磁阻結(jié)果。

圖3 | Ca3Co3O8中極性狀態(tài)的證據(jù)和機(jī)制。展示了SHG響應(yīng)的偏振角依賴性、溫度依賴的SHG響應(yīng)、電子衍射相位圖像以及不同磁性狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果。

圖4 | Ca3Co3O8的非互易電輸運(yùn)。展示了實(shí)驗(yàn)的示意圖、非互易電阻和IP磁阻隨磁場(chǎng)的變化、剩余R2ω的角依賴性以及剩余R2ω隨電流的變化。

圖5 | Ca3Co3O8中強(qiáng)大的拓?fù)浠魻栃?yīng)。展示了在高達(dá)33T的磁場(chǎng)下Ca3Co3O8的磁阻和霍爾電導(dǎo)率，以及在100K下的THE和磁化強(qiáng)度隨磁場(chǎng)的變化。

總結(jié)展望：

本研究設(shè)計(jì)的Ca3Co3O8材料展示了在準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)中鐵磁性、極性畸變和金屬性的共存，這是實(shí)現(xiàn)相關(guān)鐵磁極性金屬的重要突破。

該材料表現(xiàn)出的磁手性各向異性和無(wú)磁場(chǎng)非互易電導(dǎo)率，以及強(qiáng)大的拓?fù)浠魻栃?yīng)，為探索新型電子態(tài)和開發(fā)新型電子器件提供了新的途徑。特別是，該材料在廣泛的溫度和磁場(chǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)出的穩(wěn)健性質(zhì)，預(yù)示著在非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高能效高速電子設(shè)備中的巨大應(yīng)用潛力。此外，通過(guò)氧空位有序的概念，為設(shè)計(jì)和統(tǒng)一相關(guān)功能氧化物中的不同磁性和電子性質(zhì)開辟了新的前沿。

文獻(xiàn)信息：

標(biāo)題：A correlated ferromagnetic polar metal by design

期刊：Nature Materials

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