庞磁阻锰氧化物中的局域化轨道序和自旋序的研究

Localized electronic orderings exist in many transition metal oxides and they play critical roles in the novel material properties. Charge/orbital/spin orders are most prominent in colossal magnetoresistant manganties. Here we propose a resonant soft X-ray scattering study on the orbital and spin orderings in Pr1-x(Ca1-ySry)xMnO3. A systematic study covering a wide range of doping, Sr substitution, temperature, photon energy and polarization of incident X-ray etc would allow us to provide direct experimental evidence on the roles of orbital and spin orderings across the insulator-metal transition, the interplay between the electronic orderings and ferromagnetism near the bicritial point as well as their spatial phase separation. Such information is not only critical for understanding the physics of insulator-metal transition in manganites, but also can provide important insights to the roles of electronic orderings in other strongly correlated materials e.g. high temperature superconductors.

局域电子序广泛存在于过渡金属氧化物中,并且对材料的新颖特性具有极其重要的作用。电荷序、轨道序和自旋序在具有庞磁阻效应的锰氧化物中的作用尤其显著。在本项目中，我们将利用共振软X射线散射这种直接的实验手段来研究镨钙锶锰氧Pr1-x(Ca1-ySry)xMnO3材料体系中的轨道序和自旋序。我们的研究将涵盖广泛范围的空穴掺杂、原子替代、温度和入射X射线能量和极化等参数。通过一系列系统化的研究，我们希望从实验上直接揭示自旋序和轨道序在绝缘体－金属相变过程中的作用、局域化电子序与铁磁在两相临界点附近的相互作用以及它们在实空间的两相分离。这些实验结果不仅对理解庞磁阻锰氧化物中的绝缘体－金属相变具有重要意义，同时也能为我们理解局域化电子序在其它强关联体系如超导体等材料中的作用提供重要信息。

我们利用软X射线散射研究了强关联体系庞磁阻材料中的局域化电子序；利用角分辨光电子能谱研究了单层石墨烯、拓扑绝缘体／高温超导体异质结和石墨烯／氮化硼范得华异质结的电子结构。首次在金属Pt衬底上生长出与衬底相互作用可忽略不计的单层石墨烯；首次在拓扑绝缘体／高温超导体观测到近邻效应导致的能隙，以及在石墨烯／氮化硼中由于界面处摩尔周期势场调制导致的第二级狄拉克锥和能隙打开，以及首次实现了破坏洛伦兹不变性的第二类外尔半金属。