研究揭示了电子掺杂稀土镍酸盐中的反铁磁性金属相

哈佛大学、劳伦斯伯克利国家实验室、亚利桑那州立大学和美国其他研究所的研究人员最近在电子掺杂的钕NiO中观察到反铁磁性金属相3已知为非共线反铁磁体的材料(即，表现出反铁磁序的开始，伴随着向绝缘状态的转变)。

“以前关于稀土镍酸盐(RNiO)的工作3)发现它们承载着一种相当奇特的磁性相，称为'非共线反铁磁体'，“Qi Song，Spencer Doyle，Luca Moreschini和Julia A. Mundy，进行这项研究的四名研究人员告诉 Phys.org。

“这种类型的磁铁在自旋电子学领域具有独特的潜在应用，但稀土镍酸盐在与这种非线性反铁磁体相打开的完全相同的温度下自发地从金属变为绝缘。我们想看看我们是否可以以某种方式修改其中一种材料，使其保持金属，但仍然具有这种有趣的磁相。

确保稀土镍酸盐在低温下保持金属，在那里出现反铁磁性相，最终将使它们能够用于自旋电子器件的开发。在他们的实验中，Song，Doyle，Moreschini，Mundy和他们的同事试图使用稀土镍酸盐NdNiO来实现这一目标。3.

为了促使材料保留其反铁磁体金属相而不引发其转变为绝缘体，他们使用了电子掺杂，这是一种改变材料中电子数量的技术。从本质上讲，他们生长了一系列钕NiO。3他们在其中添加不同数量的铈原子代替钕原子的样品，以向系统添加更多的电子。

“一旦我们有了这些样本，我们收集了电传输测量值，我们在每个样本中施加一个小电流并测量电阻，”Doyle说。“通过在改变样品温度时进行这种测量，我们能够推断样品是金属的还是磁性相绝缘的。

最终，为了证明他们实现的电子掺杂反铁磁性金属样品在自旋电子器件开发方面的潜力，该团队还收集了进一步的测量结果，称为“零场平面霍尔效应”。简而言之，这种测量可用于验证材料是否可以“记住”是否施加了磁场，即使在该磁场关闭后也是如此。

这些测试产生了非常有希望的结果，因为Doyle和他的同事产生的电子掺杂样本证明了这种“记忆效应”。值得注意的是，与在反铁磁体中观察到的通常相比，在这些材料中观察到的效果非常强烈。

“我们在镍酸盐家族中创造了一个新阶段，这是以前从未见过的。这些材料的关键特性是它们具有金属 - 绝缘体过渡，它与磁性过渡在一起，因为它经常发生，“Moreschini解释说。“在过渡上方，你有弱或没有磁序，而在下面你确实有一个，在这种情况下，反铁磁性。在以前的其他研究中，这种转变在某些条件下被抑制，但我们第一次成功地解耦了它们：磁跃迁仍然存在，但金属 - 绝缘体跃迁消失了。

该研究小组提出的基于电子掺杂的策略使他们能够在稀土镍酸盐中引发反铁磁性金属相。在材料转变为反铁磁相的温度以下，它仍然是金属，即使是一种性能较差的金属。总体而言，它们的电子掺杂样品因此是具有反铁磁阶的金属，这是以前在镍酸盐中从未观察到的相。

在未来，Song，Doyle，Moreschini，Mundy及其同事最近的研究可以为开发基于稀土镍酸盐的自旋电子器件开辟新的令人兴奋的可能性。在他们的下一个工作中，该团队计划探索策略，使他们能够进一步提高这些稀土镍酸盐的金属 - 金属转变发生的温度。

“最终目标当然是将其一直推到室温，因为这是您希望设备工作的地方。老实说，目前镍酸盐还远未达到那里，但从更广泛的角度来看，我们从这个新阶段学到的东西有望指导其他氧化物或其他材料家族的新相工程，在这些转变发生在更接近室温的地方，并稍微调整一下电子相关性，你可以给它们最后的推动力，使它们在室温下，“研究人员说。

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