先兆型铁电体钛酸铕中量子临界性与多铁性的研究

本项目关注新兴的先兆型铁电体钛酸铕(ETO)，围绕当前量子临界性与多铁性两个热点研究方向，深入理解量子临界性，探索物理机制及变化规律，开发新的ETO基多铁性材料。这是一项综合且具有挑战性的课题，也是一个极具重要意义的课题。本项目以实验探索为重点，以深刻理解量子临界性与多铁性的物理机制为主线，对ETO基材料进行深入研究。本项目研究的主要内容包括：a)通过各种途径来揭示ETO基先兆型铁电体中各种物理性能在量子临界区域的行为，明确各序参量之间的交互作用，探索与之关联的新的物理效应，揭示与量子效应相关的物理机制及变化规律；b)通过不同的实验手段来制备性能优异的ETO基多铁性材料，并在此基础上，探寻增强多铁性能、磁电耦合及相互调控的途径，深入理解其中的耦合机制。

量子临界性是凝聚态物理的热点问题，先兆型铁电体钛酸铕（EuTiO3）中内禀的量子临界性为研究铁电系统中的量子效应开辟了新的平台，同时材料内多序参量的耦和与关联也为发掘新的丰富的量子新效应提供了有利的条件，对此类新兴先兆型铁电体的研究有利于揭示量子临界性的物理机制和变化规律。通过三年的工作，本项目在如下几个方面取得重要进展：（1）揭示了EuTiO3纳米晶粒的本征磁性，研究表明Sol-gel法合成的粒径尺寸~100nm的EuTiO3在低温展现G-AFM转变，奈尔温度~5K，纳米EuTiO3中的磁性与前人所研究的二维薄膜展现的铁磁性有所不同；（2）通过微量B位金属离子替代实现了EuTiO3磁性的调控，在EuTiO3中诱导出了铁磁性，这对进一步深入研究其多铁性具有重要意义；（3）研究了EuTiO3中A位离子调控对其量子临界行为的影响规律，揭示了量子涨落与铁电序之间的关联，定义了其内的量子铁电态，并进一步探索指出了EuTiO3系统量子涨落与传统先兆型铁电体的不同；（4）揭示了稀土镨离子掺杂的先兆型铁电体SrTiO3在量子涨落区域内的异常介电调控行为，研究表明这种异常介电调控可归因于量子涨落与极化团簇的竞争所致；（5）揭示了Ba掺杂对钛酸锶钙反铁电体中反铁电序稳定性的复杂影响，实现了对材料内禀极化序的调控，获得了成分依赖的多重极化态。项目执行期间共发表SCI论文20篇。