A_n+1B_mO_3n+1层状Ruddlesden-Popper氧化物（A为稀土或碱土元素，B为过渡金属元素）是一类典型的4d和5d过渡金属氧化物，蕴藏着丰富的物理性质和巨大的应用前景，如倾斜反铁磁绝缘基态、量子自旋霍尔效应和非费米液体行为等。m = 1的Sr₂IrO₄作为具有J_eff=1/2态的新型量子材料，理论预言可通过载流子掺杂出现由强自旋轨道耦合作用诱发的高温超导态；m = 2的Sr₃Ru₂O₇在低温下具有量子变磁相变现象（quantum metamagnetic transition）。目前，对5d过渡金属氧化物的物理性质研究非常广泛，但是对它们薄膜的界面物理研究却十分有限。因此，具有强自旋轨道耦合相互作用的层状过渡金属氧化物超晶格的磁-电输运性质成为一项亟待突破的重要课题。

基于这一思想，陆亚林教授团队徐珲、翟晓芳教授利用反射高能电子衍射辅助脉冲激光沉积技术制备了一系列高质量的(Sr₂IrO₄)₄/(Sr₃Ru₂O₇)_N超晶格薄膜。研究发现，随着N和温度的变化出现了四种不同的输运区域，包括局域电子区域、巡游电子区域、巡游空穴区域和低温局域电荷反常区。在低温下，当磁场施加到1.3 T，N = 4的样品出现了罕见的从零到负磁阻转变，之前仅在石墨烯研究中报道过如此大范围的零磁阻。而N = 2样品则具有明显的反常霍尔电阻拐点（bump），如图1所示。

图1 霍尔电阻随磁场变化关系：(a)-(c) N = 1, 2和4超晶格；(d) Sr₃Ru₂O₇ 薄膜。

极化中子反射测量结果表明，超晶格Sr₂IrO₄层的磁化强度为-13 ± 11 μm/cc（1 μm = 1 kA·m²），而Sr₃R_u2O₇层的磁化强度为25 ± 5μm/cc，即仅在Sr₃Ru₂O₇层中测量到铁磁性，如图2所示。

图2 N = 4薄膜的极化中子反射测量数据及拟合结果。

该工作对探索和设计4d/5d过渡金属氧化物的新颖磁-电相和量子临界相变具有重要意义。文章最近以“The charge carrier transport with low temperature anomalies in engineered 4d/5d oxide superlattices of (Sr₂IrO₄)₄/(Sr₃Ru₂O₇)_N”为题在线发表在Physical Review B上，第一作者为合肥微尺度物质科学国家研究中心博士生徐珲，通讯作者为陆亚林教授和翟晓芳教授（现为上海科技大学教授）。

全文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.101.155151