磁電材料的案例
. : 分子-離子鐵電體構筑室溫磁電響應磁電復合材料
【引言】
為了獲得具有強室溫磁電響應的磁電材料，研究人員發現壓電和磁性物質之間的交叉相互作用可以在室溫下產生大的磁電響應，正如在Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3/金屬玻璃等磁電復合材料中觀察到的現象。由于鐵電材料總是表現出壓電效應，因此是磁電復合材料的理想選擇。然而迄今為止報道的磁電復合材料一般使用液晶、聚合物或無機鐵電體如PbZrxTi(1-x)O3制備，而利用分子-離子鐵電體構建磁電復合材料尚未實現，盡管有許多分子-離子鐵電體的報道，且與無機鐵電體相比其具有較低毒性和易加工性的優點。其中一個關鍵原因是迄今為止報道的大多數室溫分子離子鐵電體是單軸的，導致其壓電效應僅能沿大單晶的單極軸檢測。相比之下，由于多軸分子-離子鐵電體具有多極軸，其壓電效應不僅可以沿不同的鐵電軸檢測，而且可以多晶形式檢測。因此，多軸分子離子鐵電體將是磁電復合材料的優良備選。
【成果簡介】
近日，廈門大學龍臘生教授、董新偉教授、趙海霞博士(共同通訊作者)等以具有室溫多軸分子-離子鐵電性的四丁基銨四氯鎵酸分子(化合物1)制備了磁電復合材料，并在Adv. Mater.上發表了題為“Construction of Magnetoelectric Composites with a Large Room-Temperature Magnetoelectric Response through Molecular-Ionic Ferroelectrics”的研究論文。
展開 今日Nature：原來磁電材料還可以這么玩轉！
【引言】
非均勻物理狀態的反轉具有重要的技術意義；例如，有源降噪依賴于反射聲波的發射，該反向聲波破壞性地干擾發射器的噪聲，并且通過使用磁場脈沖反轉自旋系統的演變使得能夠進行磁共振斷層成像。與這些示例相反，材料內的鐵磁或鐵電疇分布的反轉非常的困難：場極化產生單疇狀態，并且使用掃描尖端的逐件反轉是不切實際的。
【成果簡介】
今日，在蘇黎世聯邦理工學院M. Fiebig教授（通訊作者）團隊的帶領下，與瑞士保羅謝爾研究所、德國波恩大學、瑞典斯德哥爾摩大學、法國皮卡第大學、日本高能加速器研究機構、日本東京大學、俄羅斯卡爾波夫物理化學研究所、奧地利維也納工業大學和挪威科技大學合作，分別報告了磁電材料Co3TeO6和多鐵材料Mn2GeO4中的整個鐵磁和鐵電疇圖案的反轉。在這些材料中，施加的磁場分別反轉每個域的磁化或極化，但保留域圖案完整。Landau理論表明，這種類型的磁電反轉在具有復雜排序的材料中是通用的，其中一個有序參數保持域結構的記憶，而另一個設置其整體符號。域模式反轉只是多重鐵氧體(multiferroics)等系統中以前未被注意到的效應的一個例子，其中多個有序參數可用于組合。 因此，探索這些效應可以將多鐵性推進到新的功能水平。相關成果以題為“Magnetoelectric inversion of domain patterns”發表在了Nature上。
展開 多鐵材料納米力學性能表征重要進展！
近日，中國科學院深圳先進技術研究院納米調控與生物力學研究室在多鐵材料納米力學性能表征領域
取得重要進展，提出了一種能夠同時表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學性能的技術。相關成果發表在固體力學頂級期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids（
一區，影響因子3.566）上。論文第一作者是深圳先進院客座博士研究生朱慶豐。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509618310160?via%3Dihub
多鐵材料是一種同時具有鐵彈、鐵電、鐵磁兩種或兩種以上序參數耦合的多功能材料。多鐵磁電材料能展現出獨特的磁電耦合效應，其在傳感器、多態存儲、自旋電子器件等領域具有廣闊的應用前景。多鐵納米材料由于能夠促進電子器件的多功能化、集成化及微型化，近年來受到廣泛的關注和研究。
多鐵納米材料器件應用時，其納米尺度力學和壓電性能起著至關重要的作用，一方面是由于磁電耦合效應源于復合材料內部應力的傳遞，另一方面這一應力也可能會導致材料的疲勞甚至損壞，直接關聯著器件的性能。因此，用納米尺度同時表征多鐵復合材料力學和壓電性，既是理解多鐵復合材料磁電耦合行為的關鍵，又是優化增強復合材料磁電耦合性能的基礎，然而當前缺乏相應的表征技術。
展開 Nature Materials：二維范德華磁體的電場翻轉
之前人們已經在一些材料系統探索了用電場控制磁性的可能性，包括鐵磁（FM）金屬、稀磁半導體、多鐵性和磁電（ME）材料. 而最近發現的二維（2D）范德華磁體為通過范德瓦爾斯異質結構器件平臺在納米尺度上對磁性進行電控制開辟了一扇新的大門。
【成果簡介】
近日，來自Cornell University的物理系的麥建輝(通訊作者)和應用與工程物理學院的單潔 (共同通訊作者)聯合團隊的姜生偉（第一作者）在 Nature Materials發表了題為Electric-field switching of two-dimensional van der Waals magnets的文章，首次在晶體結構為中心反演對稱的雙層CrI3中發現了完全由自旋序(spin order)控制的磁電耦合效應，并且磁電耦合系數達到了110ps/m，超過了絕大多數單相磁電耦合材料。由于巨大磁電耦合系數,外加較小電壓就能產生30%的飽和磁矩，利用該效應可以實現對材料磁性連續可逆地產生與翻轉。該文章被nature materials新聞觀點作為亮點報道。
【圖文導讀】
圖1：雙層CrI3的晶體結構和磁性相圖
a: 單層CrI3的頂視圖與側視圖；
b: AFM雙層CrI3由具有反鐵磁層間耦合的兩個FM單層組成；
c: 溫度與的磁場的函數，插圖描繪了不同磁場下雙層CrI3的磁性基態；
d: 雙層CrI3中的磁序的相圖。
圖2：AFM雙層CrI3中的線性磁電效應
a: MCD信號作為磁場在4K的代表性電場下的函數；
b: 面磁矩的相對和絕對變化；
c: 自旋翻轉相變的臨界磁場和施加電場函數。
圖3：雙層和單層CrI3的磁電響應
對于雙層CrI3，通過在0.8V nm-1和0V nm-1下減去M-H曲線獲得ME響應。
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20大未來最有潛力的新材料（合理預測）
15.超材料
突破性：具有常規材料不具有的物理特性，如負磁導率、負介電常數等。
發展趨勢：改變傳統根據材料的性質進行加工的理念，未來可根據需要來設計材料的特性，潛力無限、革命性。
主要研究機構（公司）：波音公司，Kymeta公司，深圳光啟研究院等
16.超導材料
突破性：超導狀態下，材料零電阻，電流不損耗，材料在磁場中表現抗磁性等。
發展趨勢：未來如突破高溫超導技術，有望解決電力傳輸損耗、電子器件發熱等難題，以及綠色新型傳輸磁懸技術。
主要研究機構（公司）：日本住友，德國Bruker，中科院等。
17.形狀記憶合金
突破性：預成型后，在受外界條件強制變形后，再經一定條件處理，恢復為原來形狀，實現材料的變形可逆性設計和應用。
發展趨勢：在空間技術、醫療器械、機械電子設備等領域潛力巨大。
主要研究機構（公司）：有研新材等
18.磁致伸縮材料
突破性：在磁場作用下，可產生伸長或壓縮的性能，實現材料變形與磁場的相互作用。
發展趨勢：在智能結構器件、減震裝置、換能結構、高精度電機等領域，應用廣泛，有些條件下性能優于壓電陶瓷。
主要研究機構（公司）：美國ETREMA公司，英國稀土制品公司，日本住友輕金屬公司等
19.磁（電）流體材料
突破性：液態狀，兼具固體磁性材料的磁性，和液體的流動性，具有傳統磁性塊體材料不具備的特性，和應用。
發展趨勢：應用于磁密封、磁制冷、磁熱泵等領域，改變傳統密封制冷等方式。
主要研究機構（公司）：美國ATA應用技術公司，日本松下等。
展開 山西師大頂刊：發現近鄰層結構相變誘導的非線性磁耦合現象！
在眾多候選材料中鈣鈦礦錳氧化物（La0.7Sr0.3MnO3）作為一種典型的強關聯體系材料，存在晶格、電荷、自旋和軌道四種自由度的強烈耦合，表現出了豐富的物理性質。特別是隨著脈沖激光沉積和反射式高能電子衍射技術的發展和成熟，人們已經可以對鈣鈦礦過渡金屬氧化物的生長實現原子級別控制，為研究復雜氧化物界面上的多種自由度耦合奠定了堅實的基礎。通過外界條件改變某一個自由度往往可以引發多個自由度的連鎖變化，從而對整個體系的物理性質產生調整。然而，目前基于錳氧化物異質結的物性調控和其中的機理研究仍然有很多需要解決的問題，存在巨大的發掘潛力。
近日，山西師范大學周國偉副教授和許小紅教授，在高質量的銅/錳氧化物異質結中發現近鄰層結構相變誘導的非線性磁耦合現象。
研究成果以“Dimensionality Control of Magnetic Coupling at Interfaces of Cuprate-Manganite Superlattices”為題，發表在Materials Horizons上。Materials Horizons（影響因子13.2）期刊是英國皇家化學學會(RSC)旗下頂級學術期刊，在國際材料領域具有權威影響力。山西師范大學化學與材料科學學院青年教師周國偉與博士生姬慧慧為論文共同第一作者，博士生嚴志負責了第一性原理計算，許小紅教授為論文通訊作者。該工作得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金（重點/面上/青年）等項目的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1039/D1MH00790D
研究人員選取具有明顯結構相變的無限層銅氧化物SrCuO2薄膜，與鈣鈦礦錳氧化物構建成高質量的人工超晶格體系。
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