多轨道复杂氧化物体系一直是众多强关联效应的实现载体和调制平台。其中Hund耦合效应作为主导的强关联多轨道金属体系最近得到了普遍关注和深入研究，这些体系具有部分填充的d或者f壳层，在远离Mott态的前提下展现出独特的非费米液行为。钙钛矿型钌酸盐（ARuO₃, A = Ca or Sr）作为Hund金属，包含的两种材料结构相似但拥有着不尽相同的物理性质。其中一个争论已久的核心问题是CaRuO₃的磁基态是什么，为什么没有如SrRuO₃一般建立铁磁序。

　　针对上述问题，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室SF06组与中国科学院高能物理研究所联合培养博士研究生王震在刘笑然特聘研究员，郭建东研究员以及中国科学院高能物理研究所王焕华研究员的指导下，与美国罗切斯特大学Sobhit Singh教授团队合作，在不同衬底上外延了10nm (001)取向CaRuO₃薄膜，通过系统的电磁输运测量和理论计算，研究了在不同应变下Hund金属CaRuO₃的电磁性质演化。

　　实验结果表明，随着拉伸应力的增加，薄膜的导电性逐步变差，并最终由金属态过渡到半导体态(图一)，而即使是较小的拉伸应变也可以在CaRuO₃薄膜中引入Kondo效应，从而导致非费米液行为和磁阻的显著调制（图二，图三）。当应变达到一定阈值时（> 3%），CaRuO₃在发生金属-半导体相变的同时，很可能伴随着磁基态的相变（图3）。

　　根据上述结果研究认为，体相CaRuO₃在Hund耦合的作用下，保持了Ru 4d电子巡游和局域性质的微妙平衡，处在一个存在短程自旋相互作用的量子临界点上，并表现出非费米液行为。这种平衡是脆弱的、易受微扰影响的，所以当施加拉伸应变时，随着体系的能隙逐渐被打开，Ru 4d电子巡游-局域的平衡也被破坏，短程自旋相互作用发生了定域化，并作为‘磁杂质’引发Kondo效应。而当应变增大到能隙彻底打开时，则会导致Mott相变，并伴随着到反铁磁的磁基态相变。结合实验和理论计算，该团队认为相变后的磁基态很可能具有G型反铁磁序（图四）。

　　这些发现对于理解CaRuO₃的强关联金属性质是至关重要的，特别是在拉伸应变下非费米液行为的调制和磁基态的转变，更是突出了CaRuO₃作为量子相变和临界行为研究平台的潜力。这一研究成果以“Transport and magnetic properties of Hund’s metal CaRuO₃ under strain modulation”为题以Letter的形式发表于Phys. Rev. B. 110, L041403 (2024)，并被选为当期的编辑推荐(Editors’ Suggestion)文章。

　　上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院先导专项等科研经费支持。

　　相关工作链接：

　　https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.110.L041403

图一：不同衬底上CaRuO₃薄膜电阻随温度变化的测量结果

图二： 不同衬底上CaRuO₃薄膜电阻随温度变化的拟合分析

图三：不同衬底上CaRuO₃的磁阻随温度的变化

图四：不同磁构型下CaRuO₃相对能量在不同应变下的理论计算结果