LaCa0.33MnO3單晶薄膜樣品在160 K低溫下的變磁場循環MFM圖像。
一直以來，科學家對錳氧化物的龐磁電阻（CMR）效應研究始終保持高昂熱情。
所謂的龐磁電阻（CMR）效應，就是指隨著外加磁場的改變，錳氧化物電阻急劇變化。而恰恰錳氧化物這一特性，能夠使其具有成為新一代高密度磁存儲材料的潛力。
「而要精確調控龐磁電阻效應，其電子相結構以及電子相分離行為的測量、控制與理解都是必不可少的。甚至可以說，要理解錳氧化物的龐磁電阻效應，首先就要理解其電子相分離。」中國科學院強磁場科學中心研究院研究員陸輕鈾在接受《中國科學報》記者採訪時說。
那麼，該如何理解電子相和相分離呢？
陸輕鈾以水和冰為例進行解釋：水是液態，冰是固態。一盆水結成冰，雖然水和冰的成分相同，分子組成都是H2O，但是水和冰的結構不同，從水到冰就發生了結構相的轉變。如果一盆水，一半結冰一半還是水，從某種意義上來說，它就處在結構相分離狀態。當成分相同但結構不同時，就造成了不同的結構相。
同樣，在某些錳氧化物中，由於電子排布方式不同，也會產生不同的相，例如鐵磁與反鐵磁，這些不同的相就是電子相。
「鐵磁與反鐵磁在能量上沒有誰佔絕對優勢，所以鐵磁與反鐵磁可以同時存在，就如同冰和水同在一個盆裡一樣，只是分離的是不同的電子相，而非結構相。由此可知，相分離就是多種不同的相一起共存的情況。」陸輕鈾說。
遺憾的是，在沒有合適微觀探測工具的情況下，科研工作者往往只能結合宏觀測量工具，對錳氧化物狀態做出一個宏觀、大致的推測。特別是在微觀尺寸（10-6m）上對相分離隨著溫度、磁場、時間的演變一直是一個較大的研究空缺。
為此，陸輕鈾課題組利用自主設計研發的強磁場磁力顯微鏡（MFM）對該類樣品做了一系列探究工作，相關成果分別在Nature子刊（Nature Communication 6,8980）以及美國化學會核心期刊NANO LETTERS（2017年17卷1461頁）上發表。
實驗中，陸輕鈾的課題組以LaCa0.33MnO3單晶薄膜樣品（中國科學院合肥物質科學研究院研究員吳文彬提供）觀察對象，在160 K低溫下，用MFM對其變磁場循環情況進行研究，結果發現，在0T（無外加磁場）的初始狀態，樣品處於電子相分離狀態，反鐵磁與鐵磁隨機分布。但隨著磁場強度的增強，反鐵磁慢慢被融化形成鐵磁，直到4T，所有反鐵磁全部熔化為鐵磁。
或許，這一加場反鐵磁融化過程不足為奇，因為很多課題組都觀察到過這個現象。但是隨著磁場的降低，例如降至1.5和1.2T 時，反鐵磁以特定的「條狀」從純鐵磁態析出。最終降低到0T時，反鐵磁「條」幾乎全部佔滿了整個區域。這個逆向過程，為世界首次觀測到，也是該研究的最大亮點。
「這正是因為使用自主研發的儀器，能在低溫強磁場下工作，所以能做出別人未能完成的工作。」陸輕鈾說。
另外的一項研究顯示，該課題組選取了La0.33Pr0.34Ca0.33MnO3納米線樣品（中國科學技術大學教授曾長淦提供）。在高溫區，納米線主要由反鐵磁相（青色）組成，鐵磁相（紅色）呈液滴態分布在其中。隨著溫度的降低，鐵磁液滴長大，形成電子相分離狀態。特別在低溫，比如50K時，零場或者低場下，相鄰鐵磁疇被中間剩餘的較薄反鐵磁相隔開，形成隧穿結構。隨著磁場增大，部分反鐵磁轉化為鐵磁疇，形成隧穿結。由於一維各向異性，在低溫強磁場下反鐵磁仍能穩定存在，只是被壓縮成很細的條帶，從而在納米線中形成本徵的隧道結：一種穩定的新型量子逾滲態。
雖然理論模型能很好地解釋輸運的測量，但是科學界一直缺乏一個微觀上的實空間直接觀測證據。為此，陸輕鈾課題組採用專門針對微米甚至納米小器件設計的磁力顯微鏡，對該樣品進行準確定位和控溫變場測量，進而對理論模型進行印證。
「其實，更多、更奇妙的電子相結構與行為是必然存在的，有待我們自主研製各種具有調控能力的『慧眼』去發現、調製、理解。」陸輕鈾說。