自旋冰体系中磁致多铁性的研究

Magnetic multiferroic materials are more promising applications in information memory,due to its intrinsic magnetoelectric coupling effect.However,the reported magnetic multiferroic materials are always have weak polarization and lower ferroelectric transition temperatures.In this item, the electric polarization of spin ice can be generated by the noncollinear spiral spin order, which is tranfered from the period spin order by substituting the A-site ions with small rare earth or transition metal ions.The electric polarization can be modulated by the A-site doping.Base on the investigations on the properties of dielectric,magnetic,ferroelectric and magnetoelectric coupling, it is expected to fully understand the relationship between the spin order and electric polarization and enhance the multiferroic properties of spin ice.It is believable that this item will be enrich the investigations of magnetic multiferroics,and beneficial to synthesize the more perfect magnetic multiferroic materials.

磁致多铁性材料，拥有内禀的磁电耦合效应，在信息存储方面有着广阔的应用前景。但是，目前报道的此类多铁材料的铁电极化一般都很弱，铁电居里温度一般都很低。本项目拟利用对自旋冰体系A位的小离子掺杂实现周期磁有序向螺旋自旋序的转变，进而产生铁电性。通过A位小离子的掺杂来调节自旋冰体系的铁电极化。基于对材料的介电、铁电、磁性以及磁电耦合性能的测试，探索A位小离子掺杂与铁电极化产生之间的关系，以及实现多铁性能提高和磁电耦合增强。该项目的开展将丰富磁致多铁材料的实验研究，为指导合成出性能更优异的磁致多铁性材料提供实验和理论依据。

磁致多铁性材料，由磁有序诱导产生铁电极化，以其直接的和内禀的磁电耦合效应，以及更丰富的物理内涵，吸引了众多科技工作者的目光。而到目前为止，这种磁有序一般都具有螺旋自旋序。如果将广泛存在的周期磁有序调制为螺旋自旋序，无论是在稀土锰氧化物中还是在自旋冰体系中通过A位离子掺杂来实现，无疑对第二类多铁性材料--磁致多铁性材料的研究都有着一定的推动作用。另外，目前已报道的自旋冰体系多以Ti4+作为B位离子，但是Ti-O八面体本身在晶格扭曲的情况下也可以产生铁电极化。无法分辨铁电极化的来源到底是晶格扭曲产生还是通过磁有序产生，所以我们选择用Sn来替换Ti，专注于Ho2Sn2O7的A位磁性离子掺杂效应的研究。在A位引入Er, Tm, Yb等稀土离子，或者Cr等过渡族离子来调制出螺旋自旋序，从而诱导出铁电极化。但是，从实验结果上看，Sn的替换限制了A位磁性离子的掺杂，无法在A位引入足够多的其他磁性离子，并没有有效地调控磁有序使得产生铁电极化增强。其中的原因有可能是由于Sn4+的离子半径（0.69Å）远大于Ti4+的离子半径（0.605 Å），B位离子的离子半径的增大，限制了A位离子的可掺杂的程度。虽然目前还没有达到预期的目标，但是对磁致多铁相关后续工作的开展仍然具有一定的指导作用。