第一作者：Jianbing Zhang 通讯作者：于浦，于荣, James M. Rondinelli 通讯单位：清华大学，西北大学

论文速览：

近年来，极性金属因其具有的潜在功能性而受到越来越多的关注。本研究报道了在准二维Ca3Co3O8中实验性地实现了铁磁性、极性畸变和金属性的内在共存。 该材料通过氧四面体CoO4单层和八面体CoO6双层的交替堆叠而结晶。铁磁金属态被限制在准二维CoO6层内，而反演对称性的破缺同时源于Co的位移。空间反演和时间反演对称性的破坏，以及它们之间的强耦合，产生了内在的磁手性各向异性和奇异的无磁场非互易电导率。 这项工作不仅为探索金属系统中极性和磁性之间的耦合提供了丰富的平台，具有广泛的潜在应用，而且定义了一种新颖的设计策略，用于访问奇异的相关电子态。

图文导读：

图1 | Ca3Co3O8实验。展示了RP结构、brownmillerite结构和设计的Ca3Co3O8的晶体原子结构对比，强调了结构有序的氧空位概念。

图2 |Ca3Co3O8的磁性和金属性质。展示了沿着IP和OOP方向的温度依赖磁化测量、磁滞回线、电阻率温度依赖性以及磁阻结果。

图3 | Ca3Co3O8中极性状态的证据和机制。展示了SHG响应的偏振角依赖性、温度依赖的SHG响应、电子衍射相位图像以及不同磁性状态下的计算结果。

图4 | Ca3Co3O8的非互易电输运。展示了实验的示意图、非互易电阻和IP磁阻随磁场的变化、剩余R2ω的角依赖性以及剩余R2ω随电流的变化。

图5 | Ca3Co3O8中强大的拓扑霍尔效应。展示了在高达33T的磁场下Ca3Co3O8的磁阻和霍尔电导率，以及在100K下的THE和磁化强度随磁场的变化。

总结展望：

本研究设计的Ca3Co3O8材料展示了在准二维结构中铁磁性、极性畸变和金属性的共存，这是实现相关铁磁极性金属的重要突破。 该材料表现出的磁手性各向异性和无磁场非互易电导率，以及强大的拓扑霍尔效应，为探索新型电子态和开发新型电子器件提供了新的途径。特别是，该材料在广泛的温度和磁场范围内表现出的稳健性质，预示着在非易失性数据存储和高能效高速电子设备中的巨大应用潜力。此外，通过氧空位有序的概念，为设计和统一相关功能氧化物中的不同磁性和电子性质开辟了新的前沿。

文献信息：

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