本網(wǎng)訊  磁電材料由于其能實(shí)現(xiàn)電學(xué)和磁學(xué)性能之間的相互調(diào)控,，在發(fā)展超低功耗、超快存儲(chǔ)器件以及傳感器等方面具有重要前景。探索具有高相變溫度的磁電材料或者新型磁電效應(yīng)一直是領(lǐng)域內(nèi)重點(diǎn)問(wèn)題,。近日,，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院鄭書(shū)翰博士團(tuán)隊(duì)在探索磁電材料方面取得了系列研究成果。

一,、Fe₂TeO₆是一個(gè)經(jīng)典的線性磁電材料,，其磁相變溫度高（T_N ~ 208 K），磁電耦合效應(yīng)顯著,，基于該體系發(fā)展具有近室溫的高性能磁電材料具有一定潛力,。然而，在關(guān)于Fe₂TeO₆的研究中往往使用多晶樣品,，導(dǎo)致對(duì)其的物性表征不全面,，認(rèn)識(shí)不夠完善，阻礙了進(jìn)一步的研究,。鄭書(shū)翰團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)氣相輸運(yùn)法成功生長(zhǎng)出高質(zhì)量的Fe₂TeO₆單晶,，并從實(shí)驗(yàn)和理論方面對(duì)其展開(kāi)了研究。結(jié)果表明當(dāng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向平行時(shí),，在T_N以下存在線性磁電效應(yīng),，符合磁點(diǎn)群4/m′m′m′。第一性原理計(jì)算得到Fe³⁺自旋雙層內(nèi)和雙層間均為反鐵磁構(gòu)型,，與中子實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,。據(jù)此結(jié)果得到磁相互作用參數(shù)J₁ = -18.64 meV，J₂ = -18.64 meV,，這解釋了Fe₂TeO₆高磁相變溫度的原因,。這項(xiàng)工作為理解Fe₂TeO₆的磁電性能以及開(kāi)展后續(xù)材料探索打下了良好基礎(chǔ)。該成果以“High temperature ME effect in Fe₂TeO₆”為題發(fā)表于國(guó)際高水平期刊Journal of Materiomics,?！?/span>Journal of Materiomics》為中科院一區(qū)TOP期刊，影響因子9.4,。我校材料科學(xué)與工程2020級(jí)研究生馬國(guó)慶與東南大學(xué)研究生周迪為共同第一作者,，鄭書(shū)翰博士和我校物理與電子科學(xué)學(xué)院劉美風(fēng)教授為共同通訊作者，湖北師范大學(xué)為第一署名單位,。南京大學(xué)劉俊明教授以及東南大學(xué)董帥教授對(duì)該工作進(jìn)行了深入指導(dǎo),。

二、鐵電性的存在要求打破空間反演對(duì)稱性,，因此晶格具有高度對(duì)稱性（如立方晶格）的材料體系往往難以實(shí)現(xiàn)磁電耦合效應(yīng),。反而言之，在高度對(duì)稱的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)磁電耦合,，往往伴隨著新奇效應(yīng)或者磁激發(fā),，探索相關(guān)材料具有重要價(jià)值,。在前期工作中，鄭書(shū)翰團(tuán)隊(duì)在立方結(jié)構(gòu)的石榴石材料Mn₃Al₂Ge₃O₁₂中發(fā)現(xiàn)了磁電耦合效應(yīng)[Inorganic Chemistry 61, 86?91(2022)],，在此工作基礎(chǔ)上,，鄭書(shū)翰團(tuán)隊(duì)通過(guò)光學(xué)浮區(qū)法進(jìn)一步生長(zhǎng)出Mn₃Al₂Ge₃O₁₂單晶，對(duì)其磁電性能展開(kāi)系統(tǒng)研究,，并對(duì)其磁電耦合機(jī)制展開(kāi)深入討論,。研究發(fā)現(xiàn)，Mn₃Al₂Ge₃O₁₂不同方向的磁電耦合系數(shù)均為非零項(xiàng),，且當(dāng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向垂直時(shí),，磁電耦合效應(yīng)最強(qiáng)。從對(duì)稱性角度看,，Mn₃Al₂Ge₃O₁₂的磁電耦合效應(yīng)來(lái)源于其-3′磁點(diǎn)群,。其磁電耦合微觀機(jī)制從逆DM相互作用以及環(huán)形磁矩兩方面進(jìn)行了討論。這項(xiàng)工作為探索立方結(jié)構(gòu)材料中的磁電效應(yīng),，以及進(jìn)一步探索石榴石材料中的特殊物態(tài)提供了幫助,。該成果以“Possible role of toroidal moments and Dzyaloshinskii-Moriya interaction”為題發(fā)表于國(guó)際物理學(xué)權(quán)威期刊Physical Review B。我校材料科學(xué)與工程2022級(jí)碩士生譚磊靂為論文的第一作者,，該院鄭書(shū)翰博士和我校物理與電子科學(xué)學(xué)院劉美風(fēng)教授為共同通訊作者,，湖北師范大學(xué)為第一署名單位。南京大學(xué)劉俊明教授對(duì)該工作進(jìn)行了深入指導(dǎo),。

上述成果均受到光電轉(zhuǎn)換材料與器件湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)支持,，并得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省科技廳和黃石市創(chuàng)新聯(lián)合基金的資助,。

作者介紹：

鄭書(shū)翰,，博士，碩士生導(dǎo)師,，2020年獲得南京大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位,。主要從事多鐵性材料以及磁電耦合效應(yīng)的研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng),，湖北省黃石市創(chuàng)新聯(lián)合基金項(xiàng)目1項(xiàng),，湖北省科技廳項(xiàng)目1項(xiàng)，國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題1項(xiàng),。以第一或通訊作者身份在Physical Review B,、Applied Physics Letters,、Journal of Applied Physics,、Ceramics International等知名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文7篇。

論文鏈接：

1.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352847824002168?via%3Dihub

2.https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.110.245116