复杂氧化物中量子态的纳米制造

复杂氧化物存在着高温超导、庞磁阻、多铁效应等诸多奇特物理现象，是近年来凝聚态物理和信息材料领域的研究热点之一。在这类强关联电子体系中，由于电荷/自旋/轨道/晶格自由度的强相互作用，多种电子态可以在空间共存而形成电子相分离。电子相分离的存在对体系的宏观物性及物性可调控性有重大影响。如果能够控制电子相分离的形成过程和空间排列，不但有助于深入理解电子强关联作用的本质，还能对各类呈展现象进行调控以设计出新的呈展现象。为此，利用电子强关联效应，本课题引进全新的"量子纳米制造"概念并以之来控制复杂氧化物中电子相分离的形成过程和空间排列。与传统的纳米制造不同，量子纳米制造是在不改变材料空间尺度的前提下，利用强关联体系电子态对外场强烈响应的特性，施加局域外（电、磁、应力）场而引发空间局域的电子态相变。在此基础上，对局域外场施主（如电极等）进行纳米尺度的空间排列，从而获得体系电子相分离在纳米尺度的空间排列。

以复杂氧化物为代表的强关联电子体系，由于表现出诸如高温超导、庞磁阻、多铁等多种具有重要应用前景的物性，是凝聚态物理和材料领域研究的主流方向之一。在这类强关联电子体系中，由于电荷/自旋/轨道/晶格自由度的强相互作用，多种电子态可以在空间共存而形成电子相分离。电子相分离的存在对体系的宏观物性有重大影响。如果能够控制电子相分离的形成过程和空间排列，不但有助于深入理解电子强关联作用的本质，还能对各类呈展现象进行调控以设计出新的呈展现象。利用电子强关联效应，本课题引进了全新的“量子纳米制造”概念并以此来控制复杂氧化物中电子相分离的形成过程和空间排列，并由此观测到了很多的新奇的物理现象。在实验方面，结合薄膜生长，微、纳加工技术，物性测量等手段，我们实现了局域外磁场、电场对复杂氧化物宏观物性的调控；首次发现了对称性破缺引起的小尺度复杂氧化物的铁磁-金属边缘态，并实现了量子态的空间有序排布；首次制备了铁电-有机自旋阀器件，通过电压调控界面处自旋注入的极化状态，实现了多值存储。在理论计算方面，我们紧密结合实验研究，分析理解了实验中观测到的复杂氧化物中的电子相分离现象；通过研究各种宏观输运性质解释了复杂氧化物的特性；此外，我们也首次确认了化学掺杂的有序性在复杂氧化物电子相分离形成过程中的作用。