来源：X-MOL
庞磁电阻（Colossal magnetoresistance, CMR）锰酸盐是一类以钙钛矿结构的掺杂锰氧化物（如RE1-xAExMnO3，RE为稀土金属，AE为碱土金属）为代表的材料，其核心特征是在磁场作用下电阻发生巨大变化。这类材料的研究热潮始于20世纪90年代，并在随后的二十多年中持续成为凝聚态物理和材料科学的前沿热点领域。CMR锰酸盐在铁磁居里温度（TC）附近的CMR值可达108量级甚至更高，因此其核心应用潜力集中在磁存储、磁传感和自旋电子器件等领域。而且CMR锰氧化物中的电子、晶格、自旋、轨道等多个自由度的相互关联和耦合为强关联物理研究提供了丰富的研究对象。近日，中国科学院物理研究所龙有文研究员（点击查看介绍）团队首次在A位有序四重钙钛矿型锰酸盐中实现了本征的CMR效应。
龙有文老师团队长期致力于磁电多功能材料的高压合成、常压与高压物理性质、结构与物性关系、多场调控下的结构与电子态等研究工作。其中研究的比较深入的材料体系之一为具有AA'3B4O12化学通式的A位有序四重钙钛矿氧化物。该类材料是在ABO3型简单钙钛矿结构体系上的衍生，其中A位的3/4通常可以被小离子半径的具有强Jahn-Teller效应的Cu2+或者Mn3+离子有序取代，占据A'位，形成四重钙钛矿。由于额外磁性离子的引入，这类材料的物性非常丰富。但由于A'位离子的半径较小，晶格失配使B位的BO6八面体发生严重倾斜，B–O–B键角压缩至140°左右，严重偏离理想钙钛矿的180°。因此人们从未在AA'3B4O12型四重钙钛矿中观测到本征的CMR现象，主要原因在于倾斜的BO6八面体阻碍了对键角敏感的使CMR出现的关键机制——双交换机制——发挥作用。
龙有文老师团队另辟蹊径，利用组内独特的高压合成技术，通过在A'位引入离子半径更大的Hg和Pb来增大B–O–B键角，成功设计并合成出Mn–O–Mn键角为153.0°的新型四重钙钛矿锰酸盐Pb(Pb1/3Hg2/3)3Mn4O12，其属于Im-3空间群，电荷组态为Pb2+(Pb3.5+1/3Hg2+2/3)3Mn3.63+4O12。正是由于Mn–O–Mn键角的增大，使+3和+4混价的Mn离子之间的双交换机制被激活，从而使该化合物在铁磁转变温度TC ≈ 120 K处出现本征的CMR效应。在TC附近施加8 T磁场时，该材料的MR绝对值可以达到650%，而磁场增加到16 T时MR值更是高达2250%，这是迄今为止在A位有序四重钙钛矿氧化物中观察到的最大MR值，也是CMR效应在该类结构材料中的首次实现。而且这个材料也在低温表现出显著的低场MR效应，比如在2 K时施加0.5 T磁场就可以诱导出约40%的MR值。这项工作为研究四重钙钛矿中本征CMR效应提供了一个开创性思路。