我国科学家利用高压条件制备的单相多铁性材料突破瓶颈

　　在国家自然科学基金项目（项目编号：11578378，51772324,11534015,51322206）等资助下，中国科学院物理研究所龙有文研究团队利用高压高温技术首次成功制备具有A位有序钙钛矿结构的BiMn₃Cr₄O₁₂材料，发现该单相材料同时具备大电极化强度和强磁电耦合效应。该工作突破以往两种优异性能在单相材料中难以兼容的瓶颈，大大推进多铁性材料的潜在应用。成果以“Realization of Large Electric Polarization and Strong Magnetoelectric Coupling in BiMn₃Cr₄O₁₂”（大电极化与强磁电耦合在BiMn₃Cr₄O₁₂中的实现）为题，于11月21日发表在Advanced Materials（《先进材料》），并被刊登在杂志的封二上。论文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201703435/full。

　　磁电多铁性材料是指同时具有磁有序与电极化有序的一类多功能材料，利用两种有序的共存和相互耦合，可以实现磁场调控电极化或者电场改变磁性质，有望用于实现下一代信息存储器、可调微波信号处理器、超灵敏磁电传感器等领域。实际应用要求材料同时具备大的电极化强度以及强的磁电耦合效应，但这种兼容性在以往的单相多铁性材料中很难存在。因此，寻找兼具这两种优异性能的单相多铁性材料是十分迫切但又极具挑战的科学问题。

　　中科院物理所龙有文研究团队研究发现，利用高压极端条件可以稳定化学式为AA¢₃B₄O₁₂的A位有序钙钛矿。在此特殊有序钙钛矿中，A¢位与B位同时容纳过渡金属离子，因此可通过选取合适的离子组合来调控材料的结构与磁电性质，从而诱导多重磁电多铁相变。在这一思路的指导下，他们设计并成功制备了一个新的A位有序钙钛矿BiMn₃Cr₄O₁₂，发现随温度降低该材料依次发生具有大电极化强度的第一类多铁相变和具有强磁电耦合效应的第二类多铁相变，从而首次获得兼具大电极化和强磁电耦合的单相多铁性材料。此外，利用该材料可单独调控的两个铁电相，还可以实现四重铁电极化态的转换，为多态存储提供可能。

　　BiMn₃Cr₄O₁₂是目前稀有的兼具大电极化和强磁电耦合效应的单相多铁性材料，并具有可调控的四重铁电极化态，为研制未来先进多功能自旋电子学器件提供新的材料基础。

图：BiMn₃Cr₄O₁₂在不同温度下的磁电相图

PM = 顺磁, PE = 顺电, FE = 铁电，MF = 多铁