最近，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究員田明亮課題組在強關聯電子材料Sr4Ru3O10的磁結構研究方面取得了新進展，相關工作以Evidence of in-plane ferromagnetic order probed by planar Hall effect in the geometry-confined ruthenate Sr4Ru3O10為題在美國《物理評論B》(Physical Review B)上作為快訊(Rapid Communications)發表。

　　在關聯電子體系中，含有4d電子態的鈣鈦礦釕氧化物Srn+1RunO3n+1(n=1, 2, 3,∞)存在多種自由度，包括電荷、自旋、晶格和軌道間的復雜相互作用，蘊含著豐富的物理現象，如p波超導電性、非朗道費米液體行為、磁場誘導的變磁量子臨界以及自旋密度波等，成為量子態調控研究的模型材料。Sr4Ru3O10是Srn+1RunO3n+1體系中具有代表性的材料之一，該材料在溫度低于居里溫度TC=105K時表現出奇異的磁各向異性，即c-方向為鐵磁性，而在ab-平面內表現出順磁性，且在TM<50K時在磁場作用下出現所謂的變磁性(metamagnetic transition)。該材料所具備的這種奇異磁性質被研究了近20年，但是其面內磁結構仍不清楚。

　　田明亮課題組在前期工作的基礎上（New. J. Phys. 18,053019 (2016）），采用機械剝離單晶的辦法，結合中心的電子束曝光微納加工系統制備了一系列具有不同納米尺度厚度的高質量Sr4Ru3O10單晶薄膜，首次采用面霍爾效應(即面橫向磁阻)的測量方法，對其ab面內的磁結構進行了系統的研究。實驗發現: 面霍爾電阻在面內磁場下出現類“自旋閥”的不連續跳躍，且與面內磁場和電流的夾角有關，但縱向磁阻沒有表現出類似的不連續跳躍現象。這一結果充分表明: 納米尺度厚度的Sr4Ru3O10面內存在沿<110>方向排列的具有單磁疇性的鐵磁序，這與體材料的ab-面順磁的結果完全不同。進一步的研究表明，隨著溫度的降低，面鐵磁序會從單疇態逐漸演化為多疇態。這些新奇結果表明：厚度是調控關聯電子材料多量子態的有效參量，其豐富的奇異現象均與其自旋的再取向有關，對理解Sr4Ru3O10中的奇異磁特性提供了新的思路。

　　該工作所用單晶由Colorado大學教授曹鋼提供，由強磁場中心博士研究生劉艷在副研究員楊繼勇的具體指導下完成。項目實施過程中得到了國家自然科學基金委、國際創新團隊以及合肥大科學中心等的支持。

(a)樣品掃描電鏡SEM圖；(b) Sr4Ru3O10晶體結構；(c)不同溫度下的面霍爾效應 (樣品厚度：34 nm)。