第II类新型多铁性微观机制与铁性序耦合研究

The type-II multiferroics as novel class of strongly correlated electron systems have been receiving special attentions due to the underlying physics associated with the multiferroic order coupling and inter-manipulations. Motivated by earlier works including our own contributions on the synthesis and characterizations of type-II multiferroic compounds, this proposal is intended to address several major issues of the physics and multiferroic order coupling in typical type-II multiferroics, including: (1) novel phenomena arising from the spin-orbit coupling and spin-lattice coupling in various compounds, (2) microscopic mechanisms responsible for the inter-control of multiferroic orders, and (3) physics of multiferroic phase coexistence and phase separation. In the sametime, the multi-order coupling in multiferroic interfaces and multilayers will be investigated consequently. Eventually, novel type-II multiferroic heterostructures in addition to high-performance multiferroic compounds will be synthesized.

第II类多铁性因为其蕴含深刻的铁性序耦合与调控物理而成为关联电子物理关注的新方向之一。本申请以申请人与合作申请人近几年在合成与表征第II类多铁性氧化物新材料方面的扎实工作为基础，着重开展对第II类多铁性体中多铁性微观机制与铁性序耦合的系统性创新研究。研究工作着重于揭示和阐明自旋序与铁电序耦合的多重物理根源，包括：(1)自旋-轨道耦合与自旋-晶格耦合机制在不同体系中的新表象；(2)铁电产生微观机制的协同与交叉；(3)多铁相共存的探索与机制。与此同时，将自旋序与铁电序耦合延伸到多铁人工异质结构中，实现新的自旋序与铁电序耦合机制。在此基础上，发展适应实际应用需求的第II类多铁性新材料和人工异质结。

本项目基本目标是以第II类多铁性体及其异质结为对象，阐明自旋序与铁电序耦合的多种物理根源，揭示铁电产生与关联微观机制间协调与交叉，探索多铁相共存等新颖现象，关注多铁性异质结构的制备与磁电高效调控。研究工作代表性成果可简单概括为四句话：(1) 预言或合成了四个新体系。(2) 揭示了自旋-轨道耦合与自旋-晶格耦合在不同体系中的表象与协同机制。(3) 设计或制备了几种多铁薄膜异质结并实现电控磁性这一重要功能。(4) 系统总结了单相多铁体与多铁异质结物理、材料和发展潜力。..项目执行五年来，在达成项目核心目标方面取得阶段性成果，自我评估为已达成项目目标。项目资助下共发表论文105篇(不完全统计)，包括PRL (1)、AM (2)、Nano Lett (2)、NPG Asia Mater (2)、PRB/E (5)、APL (9)、ACS Nano (1)、Sci. Rep (22)。同时在Adv. Phys.和Adv. Mater.上各发表1篇关于多铁性物理和多铁性异质结材料的长篇综述论文，正好与本项目两个主体目标相对应。研究工作在国际上有一定影响，包括在大型学术会议作邀请报告20余次。项目资助主办了亚太理论物理中心第八届多铁性研讨会(8th APCTP on Multiferroics)，取得很大成功。本项目资助下共培养博士生9名、硕士生2名、出站博士后2名、在读博士生16人。项目成员胡嘉冕博士获得青年千人计划支持。项目成员马静博士获得中国科协的青年人才托举工程计划资助。