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图1 (a) Fe₃O₄晶体结构；(b) Fe₃O₄中磁耦合；(c) Fe₃O₄中不同电荷有序机制；(d)三极化子模型示意图

研究结果表明在低温下Fe₃O₄中FeB²⁺和FeB³⁺之间的电荷有序小于1e，这一结论与三极化子模型一致。随着三极化子模型的建立，三极化子在Verwey相变过程中的作用和形成机制成为新的研究对象。天津大学理学院应用物理学系米文博教授长期致力于高自旋极化磁性材料的研究工作。2013年，米文博利用透射电子显微镜(TEM)对磁控溅射法制备的外延Fe₃O₄薄膜进行了研究[图2(a)-2(h)]，95 K下选区电子衍射(SAED)图样出现由周期性电子排列引起的衍射斑点[图2(c)、2(d)、2(g)和2(h)]，利用衍射方法在制备的高质量外延Fe₃O₄薄膜中观察到电荷有序。基于高质量外延Fe₃O₄薄膜，米文博团队对Fe₃O₄在Verwey相变附近的电输运特性和磁性进行了系统的研究，对Verwey相变处三极化子的形成和磁各向异性进行了深入探讨。

图2 (a)-(d) Fe₃O₄(001)薄膜的TEM结果；(e)-(h) Fe₃O₄(111)薄膜的TEM结果。室温和95 K的衍射斑点分别由室温相和低温相Fe₃O₄密勒指数标注。(g)中黄字为Al₂O₃密勒指数。(b)和(f)中棕色和红色小球分别代表Fe和O原子

作为人们认识的最早的由电荷有序引起的金属−绝缘体相变，Verwey相变蕴藏丰富的物理现象与微观机制，备受人们的关注。本文首先简述了早期Verwey相变研究历史，指出早期针对Verwey相变研究受到的障碍；第二部分回顾了对Fe₃O₄结构的研究历程，包括Verwey相变前后的晶体结构、Fe₃O₄薄膜中的反相边界和低温下Fe₃O₄内部形成的孪晶界，以及确定Verwey相变后Fe₃O₄的结构变化对相变温度附近物性变化的影响；第三部分详细介绍了Fe₃O₄的电子结构、磁性和电输运特性，总结了Fe₃O₄电输运研究中的重要结果，深入剖析Fe₃O₄在Verwey相变附近磁电阻效应、各向异性磁电阻效应和Fe₃O₄自发铁电极化的物理机制；第四部分对Verwey相变的研究现状和存在问题进行了总结和讨论。

Verwey相变是凝聚态物理中一个非常重要的相变过程，对于这一相变的综述不但有助于对于Fe₃O₄这一材料的系统认识，也有助于对相关关联体系和物理的认识。该论文对Fe₃O₄的Verwey相变的研究历史和现状做了较好的综述，对相关领域的研究人员有着重要的参考价值。

米文博，天津大学理学院应用物理学系教授，博士生导师。1997年9月−2006年3月，在天津大学理学院应用物理学系学习，分别获得学士、硕士和博士学位；2006年3月至今，天津大学理学院应用物理学系任教；2008年7月−9月，香港科技大学物理系访问学者；2010年5月−2011年5月，阿卜杜拉国王科技大学太阳能和可再生能源中心博士后；2014年4月−6月，阿卜杜拉国王科技大学物理系访问学者。主要从事自旋电子学物理、材料与器件方面的研究工作，已发表学术论文200余篇，出版教材/专著4部。

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