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Nature:原子尺度调控实现材料的室温铁电、多铁性

2018.2.28

  日前来自康奈尔大学的科学家Darrell G. schlom(通讯作者)报道了一种构建室温条件下铁电和磁性耦合的单相多铁材料的新方法。作者采用LuFe2O4作为表面矩阵,在合成过程中引入特殊的FeO单层材料,这样实现了(LuFeO3)m/(LuFe2O4)1超晶胞的构建。由于相邻的LuFeO3的表面严重的褶皱效应可以使得具有铁磁性的LuFe2O4产生同步的铁电性质,同时可以降低其电子自旋的无序性和不稳定性,这样大幅度得提高了磁性相变温度(从240k(LuFe2O4)提高到了281k((LuFeO3)m/(LuFe2O4)1))。此外,铁电序参量和铁磁序参量相互耦合,可以实现之间的在200k温度条件下电场对于磁性的调控。该研究也很好得阐释了该合成方案的设计可以很好得制备出具有较高温度条件下的磁电耦合的多铁材料,并且很好得利用了该类材料的几何不稳定性、晶格的变形以及外延生长技术,成功设计出理想的磁电耦合材料。

nature19343-f3

 第一性原理计算出的LuFeO4的自旋结果

  a,b,单斜结构的LuFe2O4系统的结构图,Fe2+/Fe3+为反铁电状态(a:空间群:C2/m)以及铁电状态(b:空间群:Cm)。每个铁离子的饱和磁化强度在右图中计算出来(关于时间的函数)。对于铁电状态的LuFe2O4的温度-每个铁离子的饱和磁化强度计算出来作为Q的函数,结果显示磁性相变温度随着结构的畸变程度而不断增加。

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