复杂氧化物可以呈现出高温超导、庞磁阻以及多铁效应等诸多新奇的物理现象。这类材料中的电荷、自旋、轨道和晶格自由度之间有着强烈的耦合相互作用，导致各种相互竞争的电子态在空间共存，即电子相分离现象。由于电子相分离材料中不同量子序之间的能量非常接近，利用电场、磁场、应力场和光场等人工调控手段，可以实现对不同电荷序和自旋序在时空域的协同调控。其次，电子之间的相互作用具有一个特征长度，当材料的空间尺寸和维度接近这个特征长度时，其相互作用和物理性质都可能发生根本变化。对相分离体系而言，当把材料的空间尺度缩小到与电子畴的尺度可比拟的时候，其量子涨落、热扰动和边界条件等因素对于体系的相分离现象将变得非常显著，并衍生出新奇的量子现象。
沈健课题组在过去几年中针对复杂氧化物中电子相分离的量子调控取得了诸多进展，包括：发现了锰氧化物边缘电子态；通过氧化物微纳加工技术，实现了量子态空间分布的调控，提高了庞磁阻锰氧化物的临界温度；研究了当材料空间尺度小于其电子相分离特征尺度时电子相分离的表现，确定了在电子相分离消失以后体系的磁结构；通过超晶格生长技术调控了材料中的掺杂有序度，对锰氧化物中大尺度的电子相分离的物理机理从实验上给出了最直接的解释。这些多场调控特性也为新一代电子器件的构筑提供了更多可能。特别是在近几年，以电子相分离的多量子态共存及其相互作用作为载体，实现了非易失性信息存储、布尔逻辑运算和人工神经网络等多功能原型器件。这些器件往往在功耗、效率、运算速度和器件尺寸等方面具有独特的优势，有望在未来信息技术中发挥核心作用。
参考文献
1. K. Du, K. Zhang, S. Dong, W. G. Wei, J. Shao, J. B. Niu, J. J. Chen, Y. Y. Zhu, H. X. Lin, X. L. Yin, S. H. Liou, L. F. Yin, J. Shen. Visualization of a ferromagnetic metallic edge state in manganite strips. Nat. Commun. 6, 6179 (2015).
2. K. Zhang, K. Du, H. Liu, X. G. Zhang, F. L. Lan, H. X. Lin, W. G. Wei, Y. Y. Zhu, Y. F. Kou, J. Shao, J. B. Niu, W. B. Wang, R. Q. Wu, L. F. Yin, E. W. Plummer, J. Shen. Manipulating electronic phase separation in strongly correlated oxides with an ordered array of antidots. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 112, 9558-9562 (2015).
3. J. Shao, H. Liu, K. Zhang, Y. Yu, W. C. Yu, H. X. Lin, J. B. Niu, K. Du, Y. F. Kou, W. G. Wei, F. L. Lan, Y. Y. Zhu, W. B. Wang, J. Xiao, L. F. Yin, E. W. Plummer, J. Shen. Emerging single-phase state in small manganite nanodisks. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 113, 9228-9231 (2016).
4. Y. Y. Zhu, K. Du, J. B. Niu, L. F. Lin, W. G. Wei, H. Liu, H. X. Lin, K. Zhang, T. Y. Yang, Y. F. Kou, J. Shao, X. Y. Gao, X. S. Xu, X. S. Wu, S. Dong, L. F. Yin, J. Shen. Chemical ordering suppresses large-scale electronic phase separation in doped manganites. Nat. Commun. 7, 11260 (2016).
5. H. X. Lin, H. Liu, L. F. Lin, S. Dong, H. Y. Chen, Y. Bai, T. Miao, Y. Yu, W. C. Yu, J. Tang, Y. Y. Zhu, Y. F. Kou, J. B. Niu, Z. H. Cheng, J. Xiao, W. B. Wang, E. Dagotto, L. F. Yin, J. Shen. Unexpected Intermediate State Photoinduced in the Metal-Insulator Transition of Submicrometer Phase-Separated Manganites. Phys. Rev. Lett. 120, 267202 (2018).
6. Q. Shi, F. X. Jiang, Y. Yu, H. X. Lin, Y. F. Kou, T. Miao, H. Liu, W. T. Yang, W. B. Wang, P. Cai, X. H. Xu, H. W. Guo, L. F. Yin, J. Shen. An Electric-Field-Controlled High-Speed Coexisting Multibit Memory and Boolean Logic Operations in Manganite Nanowire via Local Gating. Adv. Electron. Mater. 5, 1900020 (2019).
7. W. T. Yang, Q. Shi, T. Miao, Q. Li, P. Cai, H. Liu, H. X. Lin, Y. Bai, Y. Y. Zhu, Y. Yu, L. Deng, W. B. Wang, L. F. Yin, D. L. Sun, X. G. Zhang, J. Shen. Achieving large and nonvolatile tunable magnetoresistance in organic spin valves using electronic phase separated manganites. Nat. Commun. 10, 3877 (2019).
8. T. Miao, L. N. Deng, W. T. Yang, J. Y. Ni, C. L. Zheng, J. Etheridge, S. S. Wang, H. Liu, H. X. Lin, Y. Yu, Q. Shi, P. Cai, Y. Y. Zhu, T. Y. Yang, X. M. Zhang, X. Y. Gao, C. Y. Xi, M. L. Tian, X. S. Wu, H. J. Xiang, E. Dagotto, L. F. Yin, J. Shen. Direct experimental evidence of physical origin of electronic phase separation in manganites. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 117, 7090-7094 (2020).
9. Q. Li, T. Miao, H. M. Zhang, W. Y. Lin, W. H. He, Y. Zhong, L. F. Xiang, L. N. Deng, B. Y. Ye, Q. Shi, Y. Y. Zhu, H. W. Guo, W. B. Wang, C. L. Zheng, L. F. Yin, X. D. Zhou, H. J. Xiang, J. Shen. Electronically phase separated nano-network in antiferromagnetic insulating LaMnO3/PrMnO3/CaMnO3 tricolor superlattice. Nat. Commun. 13, 86593 (2022).
10. W. Y. Lin, H. Y. Zhang, Y. Kalcheim, X. C. Zhou, F. B. Yang, Y. Shi, Y. Feng, Y. H. Wang, J. P. Huang, I. K. Schuller, X. D. Zhou, J. Shen. Direct visualization of percolating metal-insulator transition in V2O3 using scanning microwave impedance microscopy. Sci. China Phys. Mech. 65, 297411 (2022).
