磁性和电性是材料的两种基本功能属性. 如何将电, 磁两性 '集成' 到同一体系中, 并实现磁场与电场对两种属性的调控, 是未来先进多功能电子器件的重要研究方向.
中国科学院物理研究所龙有文团队, 通过自主研制的独特高压高温实验装置, 在世界上首次合成了同时具备大电极化和强磁电耦合效应的新型单相多铁性材料BiMn3Cr4O12. 这为开发下一代信息存储器, 可调微波信号处理器, 超灵敏磁电传感器, 磁电换能器等带来了潜在利好. 该成果近日发表于国际著名材料期刊《先进材料》, 成为当期内封面重点推荐的科学进展.
日常广泛使用的半导体与磁记录/存储器件, 通常只能 '单独' 利用材料的电学或磁学性质. 要让材料同时具备磁电两性, 理论上可通过合成磁电多铁性材料实现. 不过, 现有单相多铁性材料, 无法兼备大的电极化和强磁电耦合效应, 从而大大阻碍了其潜在应用.
龙有文介绍, 以往此类材料的制备, 通常在常压条件下进行. 此次, 团队突破常规限制, 利用自行搭建的独特高压高温实验装置, 在高达8万大气压的超常规实验条件下, 首次成功制备出新型多铁性材料BiMn3Cr4O12.
在该体系中, 三价铋离子的引入, 在较高温度下诱导出了具备大电极化的铁电相变. 随着温度降低, 三价铬, 锰磁性离子先后形成了长程磁有序结构, 分别诱导出第一类和第二类多铁相. 这两类多铁相的罕见共存, 让材料兼具了大电极化和强磁电耦合效应. 同时, 该新材料还可单独调控两个铁电相, 实现四重铁电极化态的转换, 为多态存储提供可能.
