铁电性研究论文

蒙彼利埃大学、阿韦罗大学和科英布拉大学的一个国际研究小组，已经证明了顺磁铁电晶体中的磁电耦合，在他们发表在《科学》期刊上的研究论文中，该研究小组描述了其发现的镱分子磁电材料及其可能的用途。还有深圳大学的叶舟和韩素婷也在《科学》期刊上发表了一篇文章描述了这项研究的观点。在过去的二十年里，科学家们一直在努力生产多铁性材料。但尽管付出了巨大的努力，研究人员一直无法创造出这种可以在室温下使用的材料。而且，在制造具有足够强耦合性的材料以用于商业产品方面也存在问题。在这项新研究中，研究人员创造了一种可能具有科学家一直在寻找的特性材料。铁电性是某些材料的一种特性，它具有可被外部电场反转的电极化。如果对这类材料施加电场，它们的偶极子就会对齐，从而产生极化，铁磁性是某些材料对磁化的高度敏感性。就像在铁电学中一样，如果施加磁场，材料的电子自旋就会对齐，从而产生磁性。在这项新研究中，研究人员创造了一种材料，其电学特性在室温下暴露在磁场中而不是电力中时会发生变化，该新材料还通过操纵外加电场和磁场实现了六个偏振态。研究人员通过设计一种手性镧系配合物来创造这种材料，在这种配合物中，Yb3+离子在铁电手性反磁锌中心附近具有很强的磁矩。其结果是一种基于镱分子的磁电材料，这是一种具有高度磁电耦合的分子。（上图所示）R，R-1和S，S-2的晶体结构：（A）双核Zn2+-Yb3+配合物R，R-1和S，S-2的分子结构及其对映体关系；橙色，Yb3+；浅蓝色，Zn2+；蓝色，N；红色，O；灰色，C；为清晰起见，省略了氢原子；（B）R，R-1沿a轴的晶体堆积排列，强调两个同手性配合物；（C）晶体(01‘1’)平面中切片的单晶面分配和视图。在直流磁场作用下，用压电响应力显微镜对材料进行了测量，证实了材料的特性。这种材料的性能表明，它可能与无机磁电材料竞争，研究人员认为，它可以为新型高密度存储器件的设计提供一个新平台。磁电（ME）材料将磁极化率和电极化率结合在一起，具有触发一种特性和另一种特性的可能性。为开发高密度数据存储和自旋电子器件或低功耗器件提供了基础。这样的应用需要本构性质之间的强相互作用，这一标准在经典无机磁电材料中很少在室温下得到满足。新研究提供了具有磁致伸缩现象的顺磁铁电镧系配合物中存在强磁电耦合的证据，这种分子材料的性质表明它可能与无机磁电材料竞争。磁电材料在电场或磁场的作用下会极化，因此对数据存储应用很有吸引力，本研究发现了一种具有高磁电耦合的镱分子磁电材料。外加磁场使材料产生应变，从而改变其电学性质。所需的磁场比其他磁电材料低得多，研究突出了分子材料在器件中的应用潜力。

第一作者：Shuai Ning

通讯作者：Shuai Ning，Caroline A. Ross

通讯单位：麻省理工学院

允许铁电和磁有序在室温以上共存的单相多铁性材料是非常需要的，这推动了对磁性氧化物中非常规铁电机制的持续 探索 。最近，麻省理工学院Shuai Ning和Caroline A. Ross等人在国际知名期刊“ Nature Communications "发表题为“ An antisite defect mechanism for room temperature ferroelectricity in orthoferrites ”的研究论文。在这里，他们报告了钇正铁氧体 YFeO3（一种钙钛矿结构的倾斜反铁磁体）外延薄膜中室温铁电性的反位缺陷机制。压电响应力显微镜、原子分辨元素映射与像差校正扫描透射电子显微镜和密度泛函理论计算的组合表明，YFe反位缺陷的存在促进了促进铁电性的非中心对称畸变。预计这种机制对其他稀土正铁氧体也有类似作用，极化取决于稀土阳离子的半径。他们的工作揭示了反位缺陷在为一系列磁性正铁氧体提供铁电机制方面的独特作用，并进一步增强了该系列复合氧化物在多铁性应用中的功能。

图1：NSTO衬底上YFO薄膜的结构与缺陷分析

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