电荷序功能体系的结构调控，结构相变及重要物理性能研究

电荷有序态在阻挫和关联体系中引起了丰富的结构转变和重要的物理性能。电荷序引起的电子铁电性及多铁效应已经成为凝聚态物理研究的重要课题。研究显示，在LuFe2O4(LuFeO3)n及 Pr(SrCa)3Mn2O7材料中存在多种功能单元，其性能依赖电荷密度和局域晶体结构。特别指出，我们近期研究发现这类材料具有很好的负微分电阻效应，进一步开拓了这种材料的技术应用领域。本项目主要关注重要结构单元的性能分析、结构插层调控、铁电性和负微分电阻效应。研究问题包括:(1)电子阻挫铁电材料的结构调控和新材料研究，分析多层LuFe2O4(LuFeO3)n（n=1,2,3）体系的电子铁电性，探讨插层结构单元对系统性质的影响。（2）深入分析LuFe2O4和Pr(SrCa)3Mn2O7的电荷序和局域极化，揭示铁电性能随微观结构的变化规律。（3）分析电荷序与负微分电阻的内在关联，研究电场作用下高/低阻态的转换和可控性。

本研究项目中，我们主要关注电子铁电体及和电荷序相关的多铁体系的结构和物性。主要研究内容包括：系统研究了电荷阻挫体系(RFe2O4)(RFeO3)n结构和物理性能；分析了氧含量对LuFe2O4-δ（n=0）铁电性能和电荷序的影响，在低温下观察到了多重电荷序和电子相分离现象；利用球差校正电镜对氧空位进行了直接观察。合成了系列(RFe2O4)(RFeO3)n掺杂样品，发现在Mn掺杂的Lu2Fe3O7（n=1）中, 电荷序有所改变，漏导现象和铁电性能得到了改善。开展了多铁材料Fe2OBO3中的纳米极化畴及磁电耦合效应研究。利用低温原位电子显微镜技术在Fe2OBO3中观察到了明显的无公度调制结构及其对应的从室温几个纳米到低温数百纳米随温度演变的反相条带状畴结构，结合结构和介电分析推测Fe2OBO3可能是一种新的电荷有序电子型铁电体，而条带状反相畴对应系统的铁电极化畴，并预测Fe2OBO3在相变点存在磁电耦合效应。实验证实了在相变点附近外电场可以改变材料的磁化状态，而相变点的磁电耦合效应最为强烈，在5kV/cm的外场下，δM可达33%。