电流流过材料是了解其特性的简单方法。超净SrVO的测量3左图示意性地显示了霍尔条器件和电子显微镜图像，为相关电子材料中发现的基本现象提供了新的见解。这与 SrVO 形成鲜明对比3缺陷密布（右）。材料的质量体现在电阻率与温度的关系中，其中室温与低温下的电阻率之比，RRR表示质量，如图所示。图片来源：Forschungsverbund Berlin e.V. （FVB）

在今天发表在《自然通讯》上的一篇论文中，研究人员揭示了以前未观察到的相关金属SrVO超洁净样品中的现象3.该研究提供了实验见解，挑战了这些不寻常金属的流行理论模型。

来自德国保罗·德鲁德固态电子研究所（PDI）的国际研究团队;橡树岭国家实验室（ORNL）;宾夕法尼亚州立大学;匹兹堡大学;匹兹堡量子研究所;明尼苏达大学认为，他们的发现将促使人们重新评估目前关于电子相关效应的理论，揭示这些系统中有价值现象的起源，包括磁性、高温超导性和极不寻常的透明金属的独特特性。

钙钛矿氧化物材料SrVO3被归类为费米液体——一种描述金属中在足够低的温度下相互作用的电子系统的状态。

在传统金属中，导电的电子独立运动，通常称为费米气体。相比之下，费米液体具有显着的电子相互作用，这意味着一个电子的运动会强烈影响其他电子。这种集体行为可以产生独特的电子特性和深刻的技术应用，从而深入了解相关金属中电子之间的相互作用。

SrVO公司3由于其晶体和电子的简单性，可作为研究电子相关现象的理想模型系统。这种简单性对于理解磁序或超导等复杂现象至关重要，这些现象可能会使理论和实验研究复杂化。

理解指导电子相关效应理论模型的实验结果的另一个关键因素是材料本身是否存在缺陷。柏林PDI的研究负责人兼主任Roman Engel-Herbert博士说：“如果你想深入了解凝聚态物理学中最保守的秘密之一，那么你必须以最纯粹的形式研究它;在没有任何外在干扰的情况下。几乎无缺陷的高质量材料是必不可少的。你需要合成超洁净的材料。

实现无缺陷的SrVO样品3直到现在，这似乎是一个无法克服的挑战。通过采用创新的薄膜生长技术，结合分子束外延和化学气相沉积的优点，该团队实现了前所未有的材料纯度水平。

该研究的第一作者Matt Brahlek博士量化了这种改进：“材料纯度的一个简单衡量标准是与低温相比，室温下电流流动的难易程度，称为残余电阻率比，RRR值。如果金属包含许多缺陷，则 RRR 值较低，通常约为 2-5。

“我们已经能够合成SrVO3薄膜的RRR几乎是100倍，200倍，为研究相关金属SrVO的真实性质打开了大门3.特别是，高材料质量允许首次在高磁场下获得特殊状态，并在那里发现了惊喜。

跨学科的科学家团队惊讶地发现了一系列奇特的传输现象，这些现象与之前在高度缺陷的样品上测量的传输特性形成鲜明对比。他们的发现挑战了长期以来关于SrVO的科学共识3作为简单的费米液体。

Engel-Herbert 解释说：“这种情况非常令人兴奋，但也令人费解。虽然我们重现了先前报道的 SrVO 的运输行为3在我们高度缺陷的样品中，具有高RRR值的超净样品的相同测量结果不同。

来自缺陷样品的结果允许对结果进行直接解释，与理论预期相匹配。这些结果被用作实验证据，证明理论理解正确地捕捉了SrVO中的电子相关效应3.然而，研究小组发现，超洁净样品的测量结果并不那么容易解释。

Brahlek补充说：“一个突出的观察结果是，期望在金属中携带电力的电子数量与温度和磁场无关。这当然是正确的，但对测量量的解释并不是对载流子浓度的直接测量。

“相反，这个数量与材料特性的其他方面混合在一起，例如缺陷和温度如何影响电流。我们必须更深入地研究物理学才能理解我们所看到的。这就是它如此重要和令人兴奋的原因。

研究人员认为，他们的发现可以作为完善理论模型的基础，并促使人们重新审视对表现出相当大的电子相关性的材料的既定观点和解释。

恩格尔-赫伯特说：“作为实验物理学家，我们的工作是超越当前对自然的理解的界限。这是可以发现的地方，也是我们推动科学发展的地方。作为凝聚态物理学家，通过挑战自己来突破完善材料的极限，不断完善我们的研究对象是关键。

“这有可能为这类材料的真实行为提供新的见解，并能够全面解释测量和观察到的现象。这需要一个跨学科的专家团队来做到这一点。

“虽然这项工作尚未完成，但我们的结果为社区提供了一个重新校准其理论的机会;重新审查我们认为已经充分理解的材料，并重新评估它们的应用潜力。

更多信息：Matthew Brahlek 等人，超洁净相关金属中隐藏的传输现象，Nature Communications （2024）。DOI： 10.1038/s41467-024-48043-4

期刊信息： Nature Communications