高温磁阻挫多铁性材料磁电共存机理和多场耦合调控研究

单相磁阻挫多铁性材料由于多种铁性（铁电、铁磁和铁弹）的共存以及涉及多种序参量之间的关联和耦合，展现出丰富的物理内涵和广阔的应用前景。然而，磁阻挫多铁材料存在居里温度低，磁电共存机制尚不清楚，电极化和磁有序间关联效应较弱和难以相互调控等问题，有待于深入研究。本项目将在前期研究基础上，针对具有准五次旋转对称性的Bi2Fe4O9、具有自旋冰结构的Ln2Ti2O7（Ln=Ho, Dy, Yb）等磁阻挫多铁性材料，通过微结构（掺杂、尺寸和界面缺陷等）和外场（温度、磁场、电场和应力场等）等方式，探讨提高磁电共存居里温度的基本规律，研究电极化和磁有序的耦合和竞争关系，在此基础上获得具有室温多铁性和较强磁电耦合的磁阻挫多铁材料，进而在磁阻挫多铁性异质结构复合材料中基于磁交换偏置效应和压电效应探讨对多铁材料的电极化/磁性调控的可能。本项目将为多铁材料在自旋电子器件方面的应用提供重要的物理基础。

磁阻挫型多铁性材料具有多种铁性的共存且涉及多种序参量之间的关联和耦合，展现出丰富的物理内涵和广阔的应用前景。然而，磁阻挫多铁材料存在居里温度低、磁电共存机制尚不清楚、电极化和磁有序间关联效应弱和难以相互调控等问题，有待于深入研究。本项目以磁阻挫多铁性材料为对象，以如何实现室温附近多铁效应的共存和增强为目标，就材料构建和合成、多铁效应变化规律以及外场对其性能的调控等进行了深入的研究，取得一些有价值的研究成果和重要进展：.1）以BiFeO3为基础，通过掺杂、固溶以及掺杂和固溶同时进行，实现BiFeO3基磁阻挫材料室温附近多铁性的明显增强，如在与钙钛矿铁电材料形成的固溶体中，利用固溶体内部不同的铁电铁磁性来源以及不同种铁性之间的相互调控和耦合使得BiFeO3基材料的多铁性能明显增强；.2）以Bi2Fe4O9为基础，通过Fe位掺杂实现室温铁磁和铁电性的共存和增强，基于大量的研究，认为铁磁性源于掺杂抑制了Fe离子间的反铁磁交换，造成Fe自旋空间调制结构的变化，而铁电性增强则是由于掺杂造成晶格畸变和增加电荷中心不对称性所致；.3）以La2Ti2O7等铁电相为母体，通过掺杂、结构调整等途径，实现室温附近多铁性的共存和增强，特别是Co掺杂的La2Ti2O7系统，掺杂大大增强了饱和磁化和矫顽力并引起漏电流的大大降低，展现出过渡金属掺杂的La2Ti2O7系统作为实现室温多铁性材料的新一类材料的可能；.4）通过将BiFeO3插入到Bi4Ti3O12中成功构建成m=4的Bim+1Fem-3Ti3O3m+3 Aurivillius相，进而研究了Bi位稀土 和Fe位过渡金属掺杂效应，研究表明Aurivillius相显示出明显的室温铁电和铁磁的共存，而掺杂使得Aurivillius相的室温铁电和铁磁性的进一步增强；.5）多铁性材料在成相过程中通过磁场处理可有助于室温铁磁和铁电性的明显增强；.6）利用相分离法成功地将具有亚铁磁性的磁阻挫纳米颗粒如NiCr2O4镶嵌于反铁磁（NiO）的基体相中，通过提高亚铁磁与反铁磁的接触面积以及引入类自旋玻璃相，观察到不同于常规的铁磁/反铁磁系统的交换偏置效应，且10 K下交换偏置场高达104 Oe，远远高于文献上报道的值。.总之，项目按原计划进行，项目执行期间，发表SCI论文43篇，获得4项授权专利，培养研究生30名,9人获得博士学位、11人获得硕士学位。