钙钛矿氧化物中异常的磁跃迁可以帮助增强自旋电子学

过渡金属钙钛矿氧化物表现出几种理想的性能，包括高温超导性和电催化作用。现在，东京工业大学的科学家们在期待钙钛矿氧化物PbFeO 3的结构和性质时，会发现这种系统会显示出异常的电荷分布和奇特的磁跃迁。他们报告了两种磁性转变，在室温以上具有明显的转变，并探究了其原因，为实现新的自旋电子器件的潜在应用打开了大门。

电子的到来彻底改变了我们的生活，以至于无法想象如果不依靠某种形式的电子设备来度过我们的一天。然而，更引人注目的是，我们可以利用电子的“自旋”(使电子像磁铁一样运转的特性)来制造出比传统电子产品更快，功耗更低的存储设备，从而进一步改善这些设备。 。因此，致力于这一努力的领域，适当地称为“自旋电子学”，依赖于利用电子的“自旋态”。但是，控制自旋可能非常棘手，这一事实经常导致科学家寻找具有有序自旋状态的材料。

最近，他们的注意力转向了铅基过渡金属钙钛矿氧化物，以PbMO 3为代表的一类材料(其中M表示3d过渡金属离子)，在自旋态下表现出相当有趣的相变，使其对实际应用具有吸引力。

在《自然通讯》上发表的一项最新研究中，来自中国，日本，台湾，瑞士，德国，法国和美国的一组科学家对钙钛矿氧化物PbMO 3进行了研究，该钙钛矿氧化物由于合成困难而一直未能进行检查。样品并解析其晶体结构。“ PbMO3的钙钛矿家族表现出复杂的电荷分布，而RFeO 3(R =稀土)表现出一些有趣的自旋相关特性，例如激光诱导的超快自旋重取向，因此我们期望具有相似的特征性电荷分布和丰富的自旋态跃迁铅3”，日本东京工业大学的Masaki Azuma教授和领导这项研究的中国科学院的Long Youwen教授评论道。

在冷却样品时，科学家首先观察到600 K处的弱铁磁跃迁(WFM)，其特征是倾斜的反铁磁(CAFM)自旋有序，然后在418 K处出现连续的自旋重取向(SR)跃迁。

因此，研究小组使用多种表征技术研究了PbMO 3的结构，电荷状态和磁性能，并用密度泛函理论(DFT)计算来支持其观察。

研究小组发现，PbMO 3结晶成一种独特的“电荷有序”状态，其中一层Pb2 +离子被两层由3：1比例的Pb 2+和Pb 4+离子的混合物构成的层间插入层堆叠的方向。在将样品从高温冷却后，研究小组观察到两个明显的磁相变：在600 K(327°C)下发生的弱铁磁跃迁，其特征是“倾斜的反铁磁”自旋有序(与相邻相邻自旋相反)在418 K(145°C)下重新定向(SR)转变。

SR转变，尽管在所有RFeO 3钙钛矿中都很常见，但在这种情况下脱颖而出，因为它发生在比其他钙钛矿更高的温度下，并且不同于通常被认为是造成这种转变的原因的R-Fe磁相互作用，在PbMO 3的情况下不是这样的对应物。为了解决这个难题，科学家转向DFT计算，结果表明PbMO 3中独特的电荷有序导致形成两个具有竞争能量的Fe 3+亚晶格，进而引起奇特的SR跃迁。

这些发现及其对未来应用的影响使团队感到振奋。理论小组负责人Hena Das指出：“我们的工作为研究电荷有序阶段和独特的SR过渡提供了一条新途径，由于高的过渡温度和可能的调节作用，它们在自旋电子器件中具有潜在的应用前景。”

可以肯定的是，我们离使自旋电子学成为明天的现实又迈进了一步。

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