磁性和電性是材料的兩種基本功能屬性. 如何將電, 磁兩性 '整合' 到同一體系中, 並實現磁場與電場對兩種屬性的調控, 是未來先進多功能電子器件的重要研究方向.
中國科學院物理研究所龍有文團隊, 通過自主研製的獨特高壓高溫實驗裝置, 在世界上首次合成了同時具備大電極化和強磁電耦合效應的新型單相多鐵性材料BiMn3Cr4O12. 這為開發下一代資訊存儲器, 可調微波訊號處理器, 超靈敏磁電感測器, 磁電換能器等帶來了潛在利好. 該成果近日發表於國際著名材料期刊《先進材料》, 成為當期內封面重點推薦的科學進展.
日常廣泛使用的半導體與磁記錄/存儲器件, 通常只能 '單獨' 利用材料的電學或磁學性質. 要讓材料同時具備磁電兩性, 理論上可通過合成磁電多鐵性材料實現. 不過, 現有單相多鐵性材料, 無法兼備大的電極化和強磁電耦合效應, 從而大大阻礙了其潛在應用.
龍有文介紹, 以往此類材料的製備, 通常在常壓條件下進行. 此次, 團隊突破常規限制, 利用自行搭建的獨特高壓高溫實驗裝置, 在高達8萬大氣壓的超常規實驗條件下, 首次成功製備出新型多鐵性材料BiMn3Cr4O12.
在該體系中, 三價鉍離子的引入, 在較高溫度下誘導出了具備大電極化的鐵電相變. 隨著溫度降低, 三價鉻, 錳磁性離子先後形成了長程磁有序結構, 分別誘導出第一類和第二類多鐵相. 這兩類多鐵相的罕見共存, 讓材料兼具了大電極化和強磁電耦合效應. 同時, 該新材料還可單獨調控兩個鐵電相, 實現四重鐵電極化態的轉換, 為多態存儲提供可能.
