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磁致多铁材料的磁起源研究

我室曾雉研究员的课题组在磁致多铁材料的磁起源研究方面取得新进展。相关的研究结果发表在《应用物理》(J. Appl. Phys. 117, 17E119(2015))杂志上。磁致多铁材料的特点在于铁电起源于特定的磁序,因此其铁电和磁序紧密关联,具有本征的强磁电耦合效应。Y2CoMnO6是典型的磁致多铁材料,表现为共线型磁序,铁磁、铁电转变温度较高80K)且磁电耦合较强。要想进一步提高磁电转变温度,就要搞清楚产生铁电的特定磁序的起源。因此,我们首先对其磁序的起源及Co2+离子的自旋态进行研究,为进一步提高其磁电转变温度打下基础。结果表明Co2+处于高自旋态,且体系表现为↑↑↓↓的基态磁序,与实验结果相同。链内近邻弱的Co-O-Mn铁磁超交换和 Co-Mn反铁磁直接交换的竞争是体系二聚化形成↑↑↓↓磁序的主要原因。根据如上描述的磁性起源,改变八面体间的倾角会使得体系的磁转变温度甚至基态磁性发生变化,如相同结构的Lu2CoMnO6TbCoMnO6同样表现出↑↑↓↓基态磁序,但磁转变温度分别为43K100K,而La2CoMnO6由于Co-O-Mn铁磁超交换占主导,体系在280K表现为铁磁序。因此,如果能通过掺杂或应力改变八面体的扭曲就可能提高体系的磁转变温度,也即铁电转变的温度。最后,我们对其铁电极化率进行了估算,结果发现比实验值大很多,这与其微妙的磁起源一致,实际体系中难以形成长程的磁序,由此导致的铁电极化自然大幅削弱。

(a)Y2CoMnO6的结构图;图(b)Co2+Mn4+离子的轨道占据和相互作用示意图。

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