電流驅動的絕緣體-金屬相變（IMT）是凝聚態物理的研究熱點，具有廣泛的器件應用前景。然而，電流誘導的IMT機制復雜，常被歸因于諸如莫特能隙壓制、自旋軌道耦合、軌道電流等非平衡效應，焦耳熱的貢獻卻往往被忽視或難以界定，這為器件調控和物性解析帶來挑戰。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心納米物理與器件實驗室高鴻鈞研究組（N04）與許楊研究組（N08）合作，系統性地研究了亞鐵磁材料Mn?Si?Te?中電流誘導相變的真實物理圖像。通過低溫磁力探針顯微鏡技術（MFM）與瞬態時間分辨的輸運測量，觀察到電流作用下磁疇的演化與電壓突變行為，揭示了這些相變現象是電熱效應積累所致，而非誘導產生的真正新型非平衡量子態。

圖. (a)隨電流增大，Mn?Si?Te?由亞鐵磁態轉變為順磁態。(b)時間分辨輸運測量下的動態電壓響應。(c)電熱模擬顯示樣品電阻與溫度隨時間的演化，插圖展示了大電流作用下的溫度分布不均。(d)揭示“類相變”的I-V特性曲線行為源于焦耳熱效應積累和正反饋機制。

通過逐步增加電流和同步MFM表征，聯合研究團隊發現磁疇在臨界電流（Ic↑≈17.4 mA）時突然消失，樣品進入非磁性態；當電流降至較低值（Ic↓≈15.6 mA）時，磁疇重新出現。這種“類一階”的磁性相變表現出明顯的回滯效應，并伴隨著電壓突變和負微分電阻特征。通過施加矩形脈沖電流并進行時間分辨輸運測量，發現了瞬時電阻變化與溫度依賴的R-T曲線具有高度相似性，表明樣品可在數百微秒內因電熱效應升溫超百開爾文，從而觸發相變。隨后建立的簡化電熱模型有效重現了實驗現象。此外，從脈沖電流測量提取的瞬態I-V曲線呈線性關系，符合歐姆定律，明顯不同于常規直流輸運測量中的非線性行為[Nature 611,467 (2022)]，進一步排除非平衡電子態的可能性。該研究不僅澄清了Mn?Si?Te?中電流驅動“相變”的真實成因，也對如何在量子材料的研究中識別與規避電熱誤差提供了參考，具有方法論上的普適意義。

相關成果以“Electrothermal Manipulation of Current-Induced Phase Transitions in Ferrimagnetic Mn?Si?Te?”為題發表于Physical Review Letters134,256302 (2025)，并被選為Editor’s Suggestion（編輯推薦）。物理所博士生房家祺、博士生戶佳瑋（已畢業）、博士生陳欣甜為共同第一作者，李治林副研究員、朱詩雨副研究員、許楊特聘研究員、高鴻鈞研究員為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、科技部、中國科學院等科研項目的支持。

編輯：千里雁啼