磁铁矿纳米结构中的电驱动相变

磁铁矿 (Fe$_{3}$O$_{4}$) 是一种典型的过渡金属氧化物，数千年来一直被使用，从原始指南针中的天然磁石 [1] 到磁电子器件的候选材料 [2]。1939 年，Verwey[3] 发现块体磁铁矿在 T$_{V}$ $\approx$ 120 K 时发生相变，从高温“不良金属”导电相转变为低温绝缘相。他提出 [4]，高温导电是通过八面体铁原子波动且相关的价态进行的，而该相变是冷却时电荷有序的开始。Verwey 相变机制和电荷有序问题仍存在高度争议 [5-11]。在此，我们表明磁铁矿纳米晶体和单晶薄膜在 Verwey 温度以下表现出电驱动相变。该相变的特征是在高电场下出现尖锐的电导开关，且具有电压滞后性。我们证明这种相变并非由局部加热引起，而是由于电场偏置驱动系统脱离平衡态导致相关绝缘态崩溃所致。我们预期，对这一新观测到的相变及其低温导电相的进一步研究，将阐明电荷有序和振动自由度如何决定这一重要化合物的基态。