六角晶系铁氧体的多铁性和磁电耦合效应研究

单相多铁性材料因丰富的物理内涵和广阔的应用前景而备受关注。但在研究中存在以下主要问题（1）强的磁性和铁电性难以共存；（2）弱的磁电耦合效应；（3）较低的工作温度。这些缺点严重制约了该领域的发展。根据自旋流模型（Spin Current）,非共线的自旋排列可能会导致铁电极化（Spin-driven Ferroelectric）。近期的文献报道和我们的前期预研结果表明：六角晶系铁氧体有望成为一类性能优异的单相多铁性材料。本课题将以Y, M, Z型六角铁氧体为研究对象，通过适当的离子代换和改进的制备方法，制备出具有非共线圆锥型自旋排列的样品，在提高它们电阻率的前提下，获得具有大磁电耦合效应的室温单相多铁性材料。通过多种手段表征它们的多铁性以及磁电效应，研究不同离子晶格占位、薄膜生长条件等因素对多铁性能的影响。利用蒙特卡罗方法探索磁电耦合机制。为单相多铁性材料的发展提供理论和实验依据。

单相多铁性材料因其丰富的物理机制和广阔的应用前景而备受关注。在第二类单相多铁性材料中，铁电性来源于其特殊的磁结构，所以磁电耦合效应较强。六角铁氧体材料是近期发现的一类典型的第二类多铁性材料。在国家自然科学基金的资助下，我们开展了这类多铁性材料的研究工作并将工作拓展到其他单相体系中。主要工作成果包括：（1）在Co-Ti共掺的M型六角铁氧体内观察到了室温多铁性以及电控磁效应；（2）首次在W型六角铁氧体内报道了室温附近的多铁性；（3）在In掺杂的Y型六角铁氧体中开展了电控磁效应研究，实现了电场调控的磁矩翻转；（4）在M型铅铁氧体中发现了磁场调控电极化效应和电场调控磁化强度的效应；（5）在Co2Nb4O9中发现了磁场诱导的电极化和磁介电效应。我们的成果为单相多铁性材料的磁电耦合研究提供了理论和实验依据。