凝態(tài)中心陳威廷助理研究員團(tuán)隊(duì) 於原子尺度下解明最佳錳礦組成的龐磁阻效應(yīng)機(jī)制 刊登於Nature Communications

近年來人工智慧、大數(shù)據(jù)、量子資訊等先進(jìn)研究能夠突飛猛進(jìn)，除了電腦運(yùn)算速度與效能進(jìn)展一日千里，資訊儲(chǔ)存媒介的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展更是不可或缺，這些發(fā)展也早已深入人們生活當(dāng)中，例如我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X或消費(fèi)性電子產(chǎn)品，用來存取資料的硬碟讀取頭就是1988年所發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用，而後續(xù)備受矚目的龐磁阻效應(yīng)（又稱超巨磁阻效應(yīng)），理論上能進(jìn)一步提升讀取磁頭的靈敏度及資料密度，更是極具產(chǎn)業(yè)應(yīng)用潛力。自90年代起就針對功能性陶瓷材料進(jìn)行大量研究，藉化學(xué)摻雜調(diào)控得到具最佳龐磁阻效應(yīng)的材料，然而受限於此類材料的電子態(tài)相分離現(xiàn)象、其物性與有限調(diào)控條件、以及分析技術(shù)等限制，長久以來這些氧化物材料都難以在原子尺度進(jìn)行龐磁阻效應(yīng)機(jī)制的探討與說明。

凝態(tài)科學(xué)研究中心助理研究員陳威廷率領(lǐng)的高壓先端材料研究室（PRESS Lab），為臺(tái)灣極少數(shù)能提供極端合成環(huán)境的研究設(shè)施，研究中利用數(shù)萬大氣壓（相當(dāng)於地表下數(shù)百公里）的超高壓力製備新穎材料，經(jīng)由了解材料中原子如何排列，輔以系統(tǒng)性的對稱性分析，從晶體結(jié)構(gòu)層面說明材料的特殊物性，進(jìn)一步以原子級設(shè)計(jì)工程進(jìn)行細(xì)部調(diào)控。為深入了解，並在原子尺度探討過去未能完整闡明的龐磁阻效應(yīng)機(jī)制，PRESS Lab利用特殊高壓合成法，設(shè)計(jì)製備一系列高品質(zhì)的亞穩(wěn)態(tài)四重鈣態(tài)礦錳氧化物，在錳離子氧化態(tài)與電子組態(tài)進(jìn)行仔細(xì)調(diào)控，並與英國華威大學(xué)化學(xué)系M. Senn教授合作，經(jīng)由高解析度同步輻射X光以及中子繞射技術(shù)，提供對稱性元素幅度調(diào)變解析。研究結(jié)果顯示本系列錳氧化物在未產(chǎn)生電子態(tài)相分離狀態(tài)下，於特定摻雜比例會(huì)形成特殊有序絕緣、無序?qū)щ妳^(qū)域的條紋狀交互排列。這種結(jié)構(gòu)上的特殊現(xiàn)象在原子尺度下解釋了外加磁場引發(fā)電阻變化的機(jī)制，也對未來龐磁阻材料提升工作溫度、強(qiáng)化感測靈敏度等調(diào)控提供新的研究方向。

本研究在科技部「尖端晶體材料開發(fā)及製作計(jì)畫（TCECM）」與教育部特色領(lǐng)域研究中心計(jì)畫「新穎材料原子級科學(xué)研究中心（AI-Mat）」支持下，由陳威廷助理研究員主導(dǎo)，與國家同步輻射研究中心王進(jìn)威博士、莊裕鈞博士以及英國華威大學(xué)M. Senn教授團(tuán)隊(duì)合作，並在團(tuán)隊(duì)成員研究助理鄭慶嘉、碩士生洪紫媚與劉恩沛協(xié)助進(jìn)行高壓合成與繞射實(shí)驗(yàn)下完成。

Nature Communications全文：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26625-w
高壓先端材料研究室：http://www.ntu-ccms.ntu.edu.tw/lab/press/