現(xiàn)在來自波士頓學(xué)院、麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)圣巴巴拉分校的一組研究人員，在探索莫特（Mott）絕緣體的屬性時，揭示了這種獨特材料從絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘贂r難以捉摸的原子尺度磁信號，該研究團隊現(xiàn)在在《自然物理》上發(fā)表了其研究發(fā)現(xiàn)。

波士頓學(xué)院物理學(xué)助理教授Ilija Zeljkovic說：研究小組使用自旋極化掃描隧道顯微鏡(SP-STM)對一種被稱為莫特絕緣體材料類中的化合物進行了研究。

在原子水平上詳細描述了這些絕緣體的基礎(chǔ)物理，可以通過添加電子電荷將其處理成金屬狀態(tài)，這一過程稱為摻雜。莫特絕緣體的特點是電子由于強烈的電子-電子相互作用而局部化，并且通常伴隨著磁性有序化。在這種情況下，研究小組開發(fā)并研究了莫特絕緣體銥酸鍶(一種氧化物)的表面，呈單晶形式。在許多復(fù)雜氧化物中，磁性有序化嵌入到其他相的空間不均勻景觀中。該團隊試圖在單個原子長度尺度上進行測量，同時使用電荷和自旋靈敏度。

以便完全理解潛在的物理，這一過程尚未在任何復(fù)雜氧化物中實現(xiàn)。通過使用自旋極化掃描隧道顯微鏡(SP-STM)，使得科學(xué)家們能夠第一次進行這個實驗。這些測量有助于理解反鐵磁性莫特絕緣體是如何隨著電荷載流子摻雜而演化的，這一點自發(fā)現(xiàn)原型摻雜莫特絕緣體以來一直困擾著科學(xué)家，這是一種銅氧化物高溫超導(dǎo)體。通過跟蹤其隨電荷載體摻雜的演變，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：在低摻雜水平下，材料電子的均勻反鐵磁有序在絕緣體到金屬轉(zhuǎn)變附近融化成碎裂的、“片狀”的反鐵磁有序。

這些結(jié)果促進了人們對莫特絕緣體獨特特性的理解，也使自旋極化掃描隧道顯微鏡成為一種能夠揭示復(fù)雜氧化物中原子尺度信息的強大工具。由于莫特態(tài)被擾動，在反鐵磁性莫特絕緣體中解開具有電荷間隙的絕緣態(tài)和磁序之間的關(guān)系仍然很困難，測量原子長度尺度上的磁學(xué)和電學(xué)性質(zhì)將提供關(guān)鍵的洞察，但這還有待實驗實現(xiàn)。研究使用自旋極化掃描隧道顯微鏡(SP-STM)來可視化來自相對論莫特絕緣體Sr2IrO4中反鐵磁序的周期性自旋分辨調(diào)制。

以及它們?nèi)绾巫鳛閾诫s的函數(shù)而改變，研究發(fā)現(xiàn)在絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變(IMT)附近，長程反鐵磁序熔化成具有短程關(guān)聯(lián)的碎片態(tài)。至關(guān)重要的是，還發(fā)現(xiàn)短程反鐵磁序與觀察到的光譜間隙幅度局部不相關(guān)。這表明靜態(tài)的短程反鐵磁關(guān)聯(lián)不太可能是導(dǎo)致光譜間隙非均勻閉合和在IMT附近出現(xiàn)偽隙區(qū)域的原因。研究工作使SP-STM成為揭示復(fù)雜氧化物中原子尺度磁信息的有力工具。

博科園｜研究/來自：波士頓學(xué)院

參考期刊《自然物理》

DOI: 10.1038/s41567-019-0671-9

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