钙钛矿锰氧化物（La0.7Sr0.3MnO3）是一种典型的强关联电子材料，在该材料中已经发现了庞磁电阻效应、磁交换耦合效应及电子相分离等新奇的物理特性。近年来该氧化物材料由于具有高于室温的金属铁磁性，在凝聚态物理研究领域发挥着重要的作用。而其母体材料——锰酸镧（LaMnO3）和锰酸锶（SrMnO3），由于仅表现为绝缘性的A型反铁磁态和G型反铁磁态，因而所受到的关注度相对较少。近来有研究者巧妙地将这两类母体材料复合成异质结，通过输运测试发现该异质结具有与其固溶体相当的导电性质，并解释了该输运性质源于界面锰离子间的双交换耦合作用，然而研究者并未对该异质中的复杂磁结构进行详细解析。
周国伟老师和姬慧慧博士（导师：许小红教授）利用带有原位反射式高能电子衍射的脉冲激光沉积系统制备了高质量的全锰氧化物异质结（LMO/SMO），通过结构测试表面该异质结具有完好的外延结构。随后，他们通过宏观磁性测试发现该异质结中出现了磁滞回线的垂直偏移，并且伴随着水平方向的交换偏置现象。然而在锰氧化物薄膜中，由于应力及形状各向异性的影响，人们通常认为其自旋排布呈面内各向异性并无面外方向的分量，所以在锰氧化物异质结中观察到这种新奇的磁结构是非常罕见的。如图（a）所示，他们利用同步辐射X射线线性二色谱测试发现随着异质结厚度的增加，锰氧化物中的自旋择优占据轨道状态相应地出现由面内向面外方向的变化。如图（c）所示，他们进一步结合异质结的场冷与零场冷测试曲线的差异，揭示了该锰氧化物异质结中出现新奇磁序排布的内在机制。这是因为当异质结厚度增加时锰氧化物的轨道择优占据发生重构，进而诱使锰离子的自旋排序由面内向面外方向转动，当自旋排布呈一定空间倾角后就会出现面外与面内方向的分量，进而宏观磁性测试表现出垂直磁滞回线偏移与水平交换偏置的共存。该全锰氧化物体系中存在的新奇磁结构为制备新型自旋电子学器件开辟了新的途径。
相关成果以《Orbital reconstruction mediated giant vertical magnetization shift and insulator-to-metal transition in superlattices based on antiferromagnetic manganites》为题，于2020年1月24日发表在Physical Review B, 2020, 101, 024422. (IF: 3.74)
全文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.101.024422
图（a）不同厚度LMO/SMO异质结的XLD测试结果，（b）不同厚度LMO/SMO异质结的自旋排布示意图，（c）LMO(4)/SMO(3)异质结的场冷与零场冷曲线，（d）LMO(4)/SMO(3)异质结的场冷与零场冷自旋排布示意图。