近日，我系/应用表面物理国家重点实验室教授沈健课题组及其合作者发现锰氧化物在光致金属绝缘体相变中能够产生稳定的中间态，该中间态的发现揭示了锰氧化物光致相变中各相之间的转换细节，验证了两类庞磁阻现象可以在统一体系中实现的理论预言。6月28日，相关论文以《介观相分离锰氧化物光致金属绝缘体相变中的新奇中间态》（“Unexpected Intermediate State Photoinduced in the Metal-Insulator Transition of Submicrometer Phase-Separated Manganites”）为题，发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）（10.1103/PhysRevLett.120.267202）。

光致现象在强关联体系中十分常见，但它们大都是瞬态过程（transient state），光致的稳态过程只在钒氧化物，锰氧化物的体系中被观测。锰氧化物相较于其他体系，以其独特的庞磁阻特性，使得磁性与电学性质紧密关联，其间观察到的光致相变能够实现光控磁，光控电，因此备受关注。然而之前的相关研究多集中在宏观输运性质的测量，对于微观层面的畴演化过程只有零星的报到。日前，物理学系沈健教授课题组使用磁力显微镜（MFM）观测激光激发过程中锰氧化物的磁畴演化，在纳米尺度细致刻画了光致相变，并且发现了相变过程中出现的稳定中间态。该中间态不同于体系中原本的亚微米尺度铁磁金属态（FMM）与电荷有序绝缘态（COI），拥有独立的MFM信号峰（图一）。通过磁光效应实验的验证，该中间态的物理本质是FMM与COI在纳米尺度的混合，即在这一中间态中FMM和COI拥有新的特征尺度，而它的发现也证明了在单一锰氧化物材料中可以存在两种不同的特征尺度：亚微米与纳米，而这两种特征尺度分别对应于两种不同的庞磁阻现象。一般情况下两种庞磁阻现象对应两种类型的锰氧化物，该项研究证明了这两类锰氧化物可以统一在一种材料中，验证了之前的理论预言。

该项研究得到了美国田纳西大学教授Elbio Dagotto的理论帮助，东南大学董帅教授的计算模型支持，中科院物理所成昭华教授的磁光效应（MOKE）实验支持。该研究得到了科技部国家重点研发计划，国家自然科学基金，上海市教育委员会科研创新计划的共同资助。

图一（a） 锰氧化物薄膜中三态共存的磁力显微镜图像；（b）光致相变过程中磁力显微镜信号的变化，从双峰变为三峰，其中新出现的第三个信号峰对应于中间态。