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更新日期:110年12月22日

凝態中心陳威廷助理研究員團隊 於原子尺度下解明最佳錳礦組成的龐磁阻效應機制 刊登於Nature Communications

近年來人工智慧、大數據、量子資訊等先進研究能夠突飛猛進,除了電腦運算速度與效能進展一日千里,資訊儲存媒介的持續創新與發展更是不可或缺,這些發展也早已深入人們生活當中,例如我們日常使用的電腦或消費性電子產品,用來存取資料的硬碟讀取頭就是1988年所發現巨磁阻效應的實際應用,而後續備受矚目的龐磁阻效應(又稱超巨磁阻效應),理論上能進一步提升讀取磁頭的靈敏度及資料密度,更是極具產業應用潛力。自90年代起就針對功能性陶瓷材料進行大量研究,藉化學摻雜調控得到具最佳龐磁阻效應的材料,然而受限於此類材料的電子態相分離現象、其物性與有限調控條件、以及分析技術等限制,長久以來這些氧化物材料都難以在原子尺度進行龐磁阻效應機制的探討與說明。

凝態科學研究中心助理研究員陳威廷率領的高壓先端材料研究室(PRESS Lab),為臺灣極少數能提供極端合成環境的研究設施,研究中利用數萬大氣壓(相當於地表下數百公里)的超高壓力製備新穎材料,經由了解材料中原子如何排列,輔以系統性的對稱性分析,從晶體結構層面說明材料的特殊物性,進一步以原子級設計工程進行細部調控。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機制,PRESS Lab利用特殊高壓合成法,設計製備一系列高品質的亞穩態四重鈣態礦錳氧化物,在錳離子氧化態與電子組態進行仔細調控,並與英國華威大學化學系M. Senn教授合作,經由高解析度同步輻射X光以及中子繞射技術,提供對稱性元素幅度調變解析。研究結果顯示本系列錳氧化物在未產生電子態相分離狀態下,於特定摻雜比例會形成特殊有序絕緣、無序導電區域的條紋狀交互排列。這種結構上的特殊現象在原子尺度下解釋了外加磁場引發電阻變化的機制,也對未來龐磁阻材料提升工作溫度、強化感測靈敏度等調控提供新的研究方向。

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

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/

  • 圖1

    四重鈣態礦錳氧化物AMn7O12詳細相圖,與不同比例摻雜下之電荷、軌域有序排列。

  • 圖2

    高壓先端材料研究團隊:(自右)主持人陳威廷、鄭慶嘉、洪紫媚、劉恩沛,以及DIA式超高壓高溫合成設施:紫牛。

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