氧化物超晶格磁阻挫多铁材料及其光响应研究

构造低维人工超结构复合材料是发展多铁材料的有效途径。本项目研究用不同的掺杂锰氧化物为组合物，用脉冲激光分子束外延方法构造同时具有空间、时间反演对称破缺的超晶格复合多铁材料；研究不同掺杂元素和掺杂比，超晶格堆垛次序、各膜层厚度等参量对多铁性质的影响；研究此类复合多铁材料的光响应，包括多铁材料的磁序M、电序P对光传播性质的线性和非线性效应及其逆作用-受限体系光引发的自发磁化和极化效应；研究多铁材料的由于对称破缺所产生的复杂元激发与光子相互耦合所产生的奇异光电现象的规律和机制。研究将为发展新型光电和光学材料和器件提供物理原理和技术基础。创新点：1.提出利用掺杂Mott绝缘体的磁有序和电荷序，通过人工超结构实现其空间对称破缺，产生具有较大磁电耦合系数的人工磁阻挫铁电性，实现人工磁阻挫多铁性的研究思路；2.提出多铁材料光学性能的磁、电场控制，以及多铁材料性能的光学控制的研究途径。

本项目自2011年1月执行以来，按照计划书预订的研究内容和研究目标开展了较为全面、系统的研究工作，取得了一些有意义的成果，主要包括：获得了关于应力效应、层间耦合效应和低维度效应以及空间反演对称破缺对界面铁磁、铁电性产生的原理和机制的初步认识；运用密度泛函理论探究异质界面及超晶格电-磁耦合微观机制，包括多铁材料界面设计、优化以及电-磁耦合效应的理论研究，得到由于不同界面结构（即不同的终止面）原子轨道杂化不同，以及复合多层结构界面中自旋相关电荷屏蔽效应的差异，可以导致不同的铁磁、铁电及磁电耦合性质。密度泛函理论的计算表明，电极化的翻转能够控制超晶格的磁序排列；实验上掌握了复杂氧化物以原子层外延生长的技术和生长机理，制备出结构精良的人工超晶格磁阻措多铁材料，其具有室温铁电性，而且在铁磁转变温度下具有较强的磁电耦合效应；发现了磁场对光伏效应的抑制效应以及多铁材料中光的独特传播特性；获得了掺杂对复杂氧化物铁电、铁磁性能的影响机制；另外多铁材料中的其他光磁电效应及其逆效应还在研究中。项目执行过程中 共发表论文42篇，其中SCI索引40篇。共培养博士生15人（毕业4人），硕士生16（毕业8人），培养青年教师4人.