第一作者：Jianbing Zhang 通訊作者：于浦，于榮, James M. Rondinelli 通訊單位：清華大學，西北大學

論文速覽：

近年來，極性金屬因其具有的潛在功能性而受到越來越多的關注。本研究報道了在准二維Ca3Co3O8中實驗性地實現了鐵磁性、極性畸變和金屬性的內在共存。 該材料通過氧四面體CoO4單層和八面體CoO6雙層的交替堆疊而結晶。鐵磁金屬態被限制在准二維CoO6層內，而反演對稱性的破缺同時源于Co的位移。空間反演和時間反演對稱性的破壞，以及它們之間的強耦合，産生了內在的磁手性各向異性和奇異的無磁場非互易電導率。 這項工作不僅爲探索金屬系統中極性和磁性之間的耦合提供了豐富的平台，具有廣泛的潛在應用，而且定義了一種新穎的設計策略，用于訪問奇異的相關電子態。

圖文導讀：

圖1 | Ca3Co3O8實驗。展示了RP結構、brownmillerite結構和設計的Ca3Co3O8的晶體原子結構對比，強調了結構有序的氧空位概念。

圖2 |Ca3Co3O8的磁性和金屬性質。展示了沿著IP和OOP方向的溫度依賴磁化測量、磁滯回線、電阻率溫度依賴性以及磁阻結果。

圖3 | Ca3Co3O8中極性狀態的證據和機制。展示了SHG響應的偏振角依賴性、溫度依賴的SHG響應、電子衍射相位圖像以及不同磁性狀態下的計算結果。

圖4 | Ca3Co3O8的非互易電輸運。展示了實驗的示意圖、非互易電阻和IP磁阻隨磁場的變化、剩余R2ω的角依賴性以及剩余R2ω隨電流的變化。

圖5 | Ca3Co3O8中強大的拓撲霍爾效應。展示了在高達33T的磁場下Ca3Co3O8的磁阻和霍爾電導率，以及在100K下的THE和磁化強度隨磁場的變化。

總結展望：

本研究設計的Ca3Co3O8材料展示了在准二維結構中鐵磁性、極性畸變和金屬性的共存，這是實現相關鐵磁極性金屬的重要突破。 該材料表現出的磁手性各向異性和無磁場非互易電導率，以及強大的拓撲霍爾效應，爲探索新型電子態和開發新型電子器件提供了新的途徑。特別是，該材料在廣泛的溫度和磁場範圍內表現出的穩健性質，預示著在非易失性數據存儲和高能效高速電子設備中的巨大應用潛力。此外，通過氧空位有序的概念，爲設計和統一相關功能氧化物中的不同磁性和電子性質開辟了新的前沿。

文獻信息：

標題：A correlated ferromagnetic polar metal by design 期刊：Nature Materials