圖一在數(shù)據(jù)采集過程中，電磁鐵(SB-175，2.0T)產(chǎn)生了高達(dá) 5000 Oe 的直流偏置磁場(Hdc)。高斯計(jì)(REF-1205)輔助實(shí)時監(jiān)測 。電流源(BKT-150V65A)提供正弦交流電流，用于產(chǎn)生交變磁場(Hac = 3 Oe，f = 1-2000 Hz)。交流和直流磁場均平行于多鐵素體試樣表面。使用鎖相放大器 (OE1022) 記錄感應(yīng) ME 電壓。

2023年，中國科學(xué)院金屬研究所馬秀良研究院、朱銀蓮研究院團(tuán)隊(duì)在ACS Applied Materials & Interfaces發(fā)表了一篇題為《Achieving High-Temperature Multiferroism by Atomic Architecture》文章，報道了一種耦合了高溫磁性與電壓可切換鐵電性的單相多鐵電體材料。利用脈沖激光沉積技術(shù)制備出了具有均勻滲透開殼dn軌道的單晶薄膜，由具有B位的鐵陽離子組成，根據(jù)原子分辨化學(xué)分析其在置換鐵電性PbTiO3晶格中表現(xiàn)出長程自旋有序性。

四方極性Pb(Ti1-x, Fex)O3(PFT(x), x ≤ 0.10)族具有可切換的鐵電性質(zhì)，在室溫下于約300 Oe的中等矯頑力場下具有磁相互作用，并且磁序在 500 K 以上仍然存在，高于迄今為止已報道的潛在多鐵電體候選物質(zhì)。我們通過原子占位工程將自旋有序亞晶格與固有鐵電結(jié)合的策略，為高熱穩(wěn)定性多鐵性和自旋電子應(yīng)用提供了一條可行的途徑。

樣品 & 測試

文章使用鎖相放大器對材料進(jìn)行磁電效應(yīng)的表征，制備了帶有鉑頂電極的電容器結(jié)構(gòu)，以便在室溫下用自制儀器評估磁電效應(yīng)。

圖2PFT(Χ) (Χ= 0.02, 0.03, 0.05)樣品的磁電(ME)耦合效應(yīng)表現(xiàn)為橫向 ME 系數(shù)(αE31)的磁場依賴性，該系數(shù)是通過動態(tài)鎖相技術(shù)(見實(shí)驗(yàn)部分和圖 S15)在 1 kHz 的直流磁(Hdc)上疊加低交變磁場(Hac)測量的。

這種方法已被廣泛用于研究多鐵性復(fù)合材料，其 ME 行為被認(rèn)為是由宏觀磁致伸縮和壓電相互作用介導(dǎo)的，并通過界面上的應(yīng)變進(jìn)行橋接。在圖 2c 中， αE31隨 Hdc 快速增加，直到 1000 Oe，然后緩慢上升，沒有達(dá)到飽和。對于PFT(0.05)，當(dāng) Hdc 達(dá)到 5000 Oe 時，測得 αE31 為245 mV cm-1 Oe-1。特別是在特定的 Hdc條件下， αE31的值隨著鐵濃度的增加而提高，這應(yīng)該歸因于鐵網(wǎng)絡(luò)的滲流增加以及鐵電性和磁性響應(yīng)之間的晶格耦合增強(qiáng)。

總結(jié)

該文設(shè)計(jì)出了一系列單相多鐵氧體，通過在鈣鈦礦氧化物的 B 位中加入原子占位的dn元素，可在 500 K 甚至更高的溫度下實(shí)現(xiàn)磁有序。鐵基亞晶格均勻滲入極性基體，產(chǎn)生了耦合長程自旋有序性以及雙穩(wěn)態(tài)和可切換鐵電性。更重要的是，通過進(jìn)行動態(tài)鎖相測量，評估了室溫下明顯的磁電響應(yīng)。文章認(rèn)為，將高溫磁有序性、非揮發(fā)性鐵電性和強(qiáng) ME 耦合整合到這一PFT族中，將極大地推動多鐵氧體實(shí)際應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。

審核編輯 黃宇