近年来，利用电场可逆调控复杂氧化物的磁电特性，从而实现异质结体系中丰富的物理相变，在新型氧化物基自旋电子学器件中具有重要的研究价值，受到研究者的广泛关注。与传统的静电场调控方法相比，利用离子液体来施加门电压，可以在样品界面处形成高达10¹⁵ cm⁻²的静电电荷浓度，进而显著地影响复杂氧化物的物理性能。在众多的离子液体调控过渡金属氧化物中，SrCoO_3-x材料具有优异的氧离子迁移通道，研究人员在该材料中已经实现了“一石三鸟”的可逆磁电性能调控（Nature 2017, 546, 124-128）。然而，这种材料与钙钛矿锰氧化物形成异质结，利用离子液体门电压的方法进行物性的调控，其物性会产生怎样的新奇变化还未曾研究。

姬慧慧博士（导师：许小红教授）与周国伟老师合作，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SrCoO_3-x/LaSrMnO₃双层膜。通过磁性测试发现，当制备的异质结中SrCoO_3-x (X≈0)层为铁磁/钙钛矿相时，该体系中存在显著的交换弹簧效应；而当制备的异质结中SrCoO_3-x (X=0.5) 层为反铁磁/钙铁石相时，该体系中存在典型的交换偏置效应。随后，他们采用离子液体电场调控的方法，在异质结表面施加适宜的门电压，可以控制氧离子在异质结中SrCoO_3-x层的可逆迁移，实现了SrCoO_3-x层在铁磁/钙钛矿与反铁磁/钙铁石两相之间的可逆转变，同时也实现了SrCoO_3-x/LaSrMnO₃异质结中交换偏置效应与交换弹簧效应的可逆、非易失的调控。该研究为氧化物器件中电场可逆调控磁性变化提供了新思路。

相关成果以《Electric-field reversible switching of the exchange spring and exchange bias effect in SrCoO_3-x/La_0.7Sr_0.3MnO₃ heterostructures》为题，于2021年3月26日发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 15774−15782。（IF：8.75）

图（a）离子液体门电压双向可逆调控装置示意图；（b-c）SrCoO_3-x/LaSrMnO₃异质结中交换弹簧效应与交换偏置效应的可逆调控。