Phy. Rev. Lett.：在亞微米級相分離錳金屬的金屬-絕緣體轉變中引起的中間態

【引言】

電子相分離是常見的一階相變，因為兩個相互競爭的相具有相似的自由能。在一階金屬-絕緣體轉變中，在各種強關聯體系中觀察到了金屬和絕緣相的共存。 然而，實驗報道在強相關的磁系統中沒有其他穩定的中間狀態，偶爾會發現超快速相。 強相關的材料，一階金屬絕緣轉變受溫度驅動和受其他外部刺激影響，如電場和磁場、壓力和光的驅動。然而，由于分辨率的影響，有限的信息被收集在亞微米或更小尺度的電子域的空間分布上，采用泵浦和探針技術可以揭示超短時間尺度的瞬態，但缺乏個別電子疇演化和動力學分析。

【成果簡介】

近日，來自復旦大學的沈健（通訊作者）的團隊在Phy. Rev. Lett.發表了題為Unexpected Intermediate State Photoinduced in the Metal-Insulator Transition of Submicrometer Phase-Separated Manganites的文章，該團隊提出了一個第三個長壽命中間態，光誘導的一階金屬-絕緣體轉變，利用磁力顯微鏡和時間依賴的磁光克爾效應，他們確定第三種狀態是競爭鐵磁金屬和電荷有序絕緣相的納米級混合物，具有其自身的物理性質。這一發現將已知的兩個不同的巨磁阻錳礦家族聯系起來，并且是首理論預測的相關狀態可以共存于一個樣品中。

【圖文導讀】

圖1：裝置示意圖以及相關性能表征

(a): 運輸測量設備的MFM設置和幾何圖形；

(b): 兩次電阻率測量；

(c): 在130，145和160K的單個熱循環內光照強度依賴性。

圖2：MFM圖

(a-c): 在130,145和160 K處獲得的MFM圖；

(d-e): MFM圖像與不同溫度下的光強度關系圖。

圖3：三狀態與光強度關系

(a): 從MFM圖像獲得的線輪廓（下圖）在145K下以3.16Wcm-2的強度沿著上圖中顯示的線顯示三態的共存：COI（藍色），第三態（白色）和FMM（紅色）；

(b): 從145K的MFM圖像獲得的MFM信號的直方圖，隨著光強度的增加從雙峰演變為三峰分布；

(c): 所有三個狀態的面積分數：FMM，第三態和COI狀態與五個溫度的光強度，說明第三個狀態的調解作用。

圖4：原理分析圖

(a): 當FMM和COI狀態競爭時，理論預測的通用相圖；

(b): 從COI到FMM的CMR1的ρ相對于溫度的磁場H演變涉及突然的第一過渡轉變和伴隨的微米尺度相分離；

(c): 滲透過程和相分離。

【小結】

該團隊在LPCMO亞錳酸鹽中形象化了以前未知的中間狀態，一旦生成，中間狀態是長壽命的并且與以前報道的在超快時間尺度下所引起的瞬態狀態明顯不同。這個中間狀態是FMM和COI的混合體。盡管在實驗中應該對中間態進行更詳細的了解，但光致中間態的觀察不僅僅是橋式錳氧化物中的兩種CMR躍遷，同時也說明了在一級金屬-絕緣體轉變過程中產生兩種完全不同的特征長度的相分離的方法，這可能也適用于一階金屬絕緣體轉變在其他凝聚物系統中。

文獻鏈接：Unexpected Intermediate State Photoinduced in the Metal-Insulator Transition of Submicrometer Phase-Separated Manganites（Phy. Rev. Lett., 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.267202）

本文由材料人電子電工學術組楊超整理編輯。

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