新型多铁性氧化物材料合成与磁电耦合增强

本申请针对"铁电磁体的关键基础问题及新体系探索"。多铁材料(铁电磁体)由于具有多功能共存且可实现功能相互调控而成为未来信息存储与探测的候选材料。目标是合成出若干具有较大铁电性/铁磁性、本征磁电耦合与相互调控、较高使用温度的多铁新材料。将由四条途径达至目标：(1)依据精细结构调控来显著改变多铁性及其磁电耦合，通过替代掺杂、应变、尺寸效应、高压等方法增强多铁性能，实现磁电耦合与调控。(2)寻找新的具有较强自旋-轨道耦合以及多种相互作用竞争的自旋失措体系，包括螺旋自旋体系，实现较高温度下的多铁性。(3)探索新的同时破坏空间和时间反演对称性的体系，揭示导致多铁性和磁电耦合的新机制。(4)利用唯象理论和第一性原理计算，配合实验表征，设计多铁新材料。项目以实际应用为背景，以深刻理解多铁性形成的物理机制为主线，结合理论模型与第一性原理计算，合成出具有强磁电耦合与铁电/铁磁性的新多铁材料体系。

本项目四年运行的基本目标是合成出若干具有较大铁电性/磁性、具备本征磁电耦合与调控以及较高居里温度的多铁新材料。通过四年的工作，项目在如下几个方面取得重要进展：(1)秉持理论与实验相结合获得了一些原创性成果，其中多铁新体系CaMn7O12的发现和多铁电子相分离的概念都是理论指导实验的结晶。(2)发展与深化了低温热释电测量技术，将其应用到多铁性体系相变过程的表征研究中，具有独特的价值。(3)揭示双磁性离子多重多铁性微观机制。通过精细实验设计来阐述稀土锰氧化物中4f电子与3d电子间相互耦合对多铁性性能的巨大影响。(4)一些多铁新体系的合成与表征，包括锰氧化物CaMn7O12、Ca3Mn2O7和自旋冰自旋液体R2Ti2O7。项目四年完成标注资助论文大约有90篇，其中PRL文章2篇、AM文章1篇、PRB文章10篇以上、APL文章10篇以上、JAP文章20篇以上。这些论文被他引次数已经超过400次。应邀为Adv. Phys.撰写的多铁性长篇综述论文被广泛关注，过去两年每年引用在100次以上。一批多铁性学术论文被国际同行引用与评价，个别论文还展示了创新引领的作用。应邀参与组织由韩国亚太理论物理中心资助的第四届国际多铁性研讨会。因为多铁性方面的工作在国际国内相关学术会议上做邀请报告20次以上。