作为锰氧化物家族的一员，LaSrMnO3 (LSMO) 薄膜由于其高居里温度、100%自旋极化率使其成为制备下一代电子器件的理想材料。然而由于退磁能的影响，LSMO的易磁化轴更易沿着面内方向排列。早期对于LSMO磁各向异性的研究主要集中于应力调控，但这对材料的结构将产生“破坏”。最近研究人员发现，界面工程是调控LSMO垂直磁各向异性的另一有效手段。然而仍存在着另一个显著问题，即一旦薄膜被制备完成，材料的磁各向异性很难再发生改变，这不利于材料的商业化应用。因此，通过电场动力学控制材料的垂直磁各向异性不仅有利于对其物理机制的理解，而且将为低功耗电子器件的实现奠定基础。
姬慧慧、严志博士（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、外延生长的B-SCO (钙铁石)/LSMO (钙钛矿) 双层膜。磁性和输运测试结果显示在双层膜中，LSMO 层展现出非常规的垂直磁各向异性，并且在温度高达250 K时，垂直磁各向异性仍能稳定存在，这比具有垂直磁各向异性的SrRuO3薄膜的居里温度更高。第一性原理计算及X射线线二色谱测试表明双层膜界面处对称性破缺的存在，有利于电子优先占据面外的3z2-r2轨道，最终导致LSMO层显示垂直磁各向异性。在此基础上，研究人员借助离子液体施加门电压的方式，通过控制双层膜上层B-SCO层中氧离子的迁移，从而使得上层薄膜的结构在钙铁石与钙钛矿之间可逆转换，最终实现了对底层LSMO薄膜垂直磁各向异性的可逆、非易失性调控。本工作为今后氧化物电子器件中电控磁的研究提供了新的研究思路。
相关成果以《Electric-field controlled reversible high-temperature perpendicular magnetic anisotropy in cobaltate-manganite heterostructures》为题发表在J. Mater. Chem. C, 10, 12844 (2022)。全文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/tc/d2tc01600a
图 B-SCO/LSMO异质结中存在优异的垂直磁各向异性，并且可以通过离子液体门电压的方式实现垂直磁各向异性的可逆调控。