Li 扩散与 Co$^{\rm 3+}$$/$Co$^{\rm 4+}$ 电荷有序相互作用在 Li$_{\rm x}$CoO$_2$ 中实现的新奇电子态

利用单晶样品，对层状氧化物 Li$_{\rm x}$CoO$_2$（0.51$\leq$$x$$\leq$1.0）的直流磁化率（$M$）与电阻率（$\rho$）进行了温度（$T$）依赖测量。将样品缓慢冷却至 10 K 后，发现对于 0.6$\leq$$x$$\leq$0.98（对于 0.5$\leq$$x$$\leq$0.55 在 $T_{\rm S}$$\sim$180$-$190 K），$M$($T$) 与 $\rho$($T$) 曲线均在 $T_{\rm S}$$\sim$155 K 处因 Co$^{\rm 3+}$$/$Co$^{\rm 4+}$ 电荷有序（CO）发生而呈现清晰异常。快速冷却样品后，观测到与 $T_{\rm F1}$$\sim$370 K 和$/$或 $T_{\rm F2}$=120$-$130 K 处 Li 扩散起始相关的附加异常。由于近 LiCoO$_2$ 与 Li$_{\rm 2/3}$CoO$_2$ 成分的相混合，0.7$\lesssim$$x$$\lesssim$0.9 的样品在 $T_{\rm F1}$ 与 $T_{\rm F2}$ 均显示异常。对于 0.6$\lesssim$$x$$\lesssim$0.9，快速冷却后测得的电阻率远低于 $T_{\rm S}$ 以下缓慢冷却测得者。增强的电阻率可由如下情景解释：先前的扫描隧道显微镜测量 [Phys. Rev. Lett. {\bf 111}, 126104 (2013)] 观测并揭示出无序 Co$^{\rm 3+}$$/$Co$^{\rm 4+}$ 排列具有与规则 CO 态相反的绝缘电子结构，其因快速冷却后经层间库仑耦合形成类非晶 Li 离子结构而实现。提出了 0.5$\leq$$x$$\leq$1.0 的电子相图。