强关联体系因其低场磁阻效应 (LFMR，＜1 T)而受到广泛关注， 这一特性为低功率和超快磁性器件的开发提供了相当大的前景。 然而，实现低场磁阻效应通常需要极低的温度(＜ 70 K)，因为随着温度的升高，边界处的自旋无序散射或自旋极化隧穿会减少，不利于室温下低场磁阻器件的开发与应用。

针对这一问题，西安交通大学电子科学与工程学院刘明教授团队赵亚楠副教授及其合作者制备了具有钙钛矿层状衍生物Ruddlesden-Popper 结构的(NdNiO₃)_n:NdO薄膜，其横截面结构如图a所示，表明薄膜中存在 (NdNiO₃)_n:NdO结构。在磁场和温度等外部刺激下，进一步研究了层状(NdNiO₃)_n:NdO薄膜的 LFMR 效应，层状(NdNiO₃)_n:NdO薄膜在较高温度范围内(190~240 K)观测到了显著的低场磁电阻（1.2×10³%，0.1 T），如图b所示。并且当测试温度接近金属绝缘体相变点时，层状(NdNiO₃)_n:NdO薄膜中所需的外部磁场显著减小。仅数百奥斯特就足以改变电子态，与锰酸盐相比，这一要求要低得多，锰酸盐需要接近特斯拉的磁场，从而促进了低功率磁性器件的开发。

图 (a) a-c平面中层状(NdNiO₃)_n:NdO薄膜的高分辨率横截面STEM-HAADF图像，区域a（红框）显示钙钛矿NNO结构，区域B（蓝框）显示层状(NdNiO₃)_n:NdO(n=1) 结构。(b) 在冷却过程中，在固定磁场下层状(NdNiO₃)_n:NdO薄膜的磁阻与温度曲线（定义为[（RH-R0）/R0]），RH表示磁场下的电阻率，R0表示初始电阻率。(c) 这项工作与之前的低场磁阻研究的对比。（d）具有层状(NdNiO₃)_n:NdO （n = 1） 磁畴的传输机制示意图，其中 ΔE 表示从 FM 相过渡到 AFM 相的能垒。它分别展示了 0.3 K 时的 AFM 磁畴和能量图，500 K 时 FM 和 AFM 相加热的共存以及相应的能量图，500 K 外磁场下 FM 和 AFM 相的变化趋势以及能量图。在这里，蓝色区域代表 AFM 区域，而白色区域代表 FM 区域。

进一步地，通过对层状(NdNiO₃)_n:NdO(n = 1) 结构进行了能带结构和状态密度计算，并进行了相关的PTMC 模拟，有效地证明了随着温度的降低，层状(NdNiO₃)_n:NdO（n = 1）的磁结构从FM-AFM 复合磁结构到纯AFM磁结构的相变。图d清楚地描述了层状(NdNiO₃)_n:NdO（n = 1）结构中磁畴、温度和磁场之间的联系，随着温度的升高，薄膜表现出复杂的磁结构，其特征是存在被反铁磁（AFM）畴包围的小铁磁（FM）畴，导致在边界处形成隧道势垒，在高温下提高了隧穿势垒和磁波动。

该研究不仅揭示了层状(NdNiO₃)_n:NdO薄膜中FM（金属）和 AFM（绝缘体）磁态在温度和磁场作用下的共存和竞争机制，还对开发室温低场磁阻器件具有指导意义。成果以“Observation of Large Low-Field Magnetoresistance in Layered(NdNiO₃)_n:NdO Films at High Temperatures”为题，近日在国际著名期刊《先进材料（Advanced Materials）》（IF=27.4）上在线发表。西安交通大学电子科学与工程学院赵亚楠副教授，博士生姚宇飞，以及材料学院李平副教授为共同第一作者。西安交通大学电子科学与工程学院刘明教授、赵亚楠教授和材料学院郭志新教授为共同通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助，以及西安交大分析测试中心和中科院合肥科学中心的支持。

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论文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202415426

论文DOI：10.1002/adma.202415426