多铁性材料的低温磁性、磁相变与热输运特性的研究

多铁性材料是同时具有磁性和铁电性的一类材料，表现出丰富的物理现象，其中具有磁电耦合效应的材料具有广阔的应用前景。本项目以锰氧化物、铁氧化物、铜氧化物等几种磁有序诱导的单相多铁性材料为对象，以材料的基态磁性质、磁结构特征与磁转变规律为主要研究内容，开展以下工作：利用光学浮区法、助熔剂法等技术制备高品质的单晶材料并进行化学掺杂的单晶制备，以调节材料的晶体结构和磁相互作用；在利用磁学、比热等测量研究基态磁性质与温度-磁场相图的同时，借助低温强磁场下的热输运性质，对外场引起的磁相变和磁结构变化进行深入的探索；表征磁相变对电极化强度、介电常数等电学性质的影响。通过这些研究，揭示磁交换作用、磁各向异性、自旋阻挫等因素对非共线螺旋型、非公度等磁有序的形成及磁结构转变的作用，为深入理解多铁性材料的物理机制提供坚实的实验基础。

多铁性材料是同时具有磁性和铁电性的一类材料，表现出丰富的物理现象，其中具有磁电耦合效应的材料具有广阔的应用前景。本项目以锰氧化物、铁氧化物、铜氧化物等几种磁有序诱导的单相多铁性材料为对象，以材料的基态磁性质、磁结构特征与磁转变规律为主要研究内容，开展以下工作：利用光学浮区法、助熔剂法等技术制备高品质的单晶材料；在利用磁学、比热等测量研究基态磁性质与磁场－温度相图的同时，借助低温强磁场下的热输运性质，对外场引起的磁相变和磁结构变化进行深入的探索；表征磁相变对电极化强度、介电常数等电学性质的影响。本项目按照原计划顺利进行，取得的主要研究进展包括：（1）利用光学浮区法生长了高品质的、不同稀土元素的多铁性锰氧化物RMnO3（R = Y, Lu, Ho, Er, Tm）单晶，并优化了生长条件；（2）发现RMnO3热导率的磁场关系可以反映磁场引起的磁结构转变，对稀土离子的基态磁结构给予判断；（3）利用极低温下的磁化强度、电极化强度和热导率等多种实验测量，获得了多铁性材料DyFeO3的磁场－温度相图，揭示出基态的磁结构；（4）在三角结构BaFe12O19材料中，利用极低温比热和热导率的测量，揭示其具有量子电偶极液体的奇特基态，并且该量子液体的元激发具有能隙；（5）对与多铁性相关的自旋阻挫材料进行探索，发现Tb2Ti2O7材料具有奇特的量子自旋冰基态，在自旋冰材料Dy2Ti2O7中观测到磁场诱导相变对热输运行为的影响。通过这些研究，揭示了一些多铁性材料和相关材料的基态磁性、磁结构转变和磁激发行为，为深入理解多铁性材料的物理机制提供了必要的实验基础。共发表SCI论文21篇，其中通信作者的Nat. Commun.，Phys. Rev. Lett.，Phys. Rev. B论文10篇；共培养8名博士生和4名硕士生，其中5名博士生和3名硕士生已经完成学位论文答辩；在国际学术会议做邀请报告2次、口头报告2次，在国内学术会议做邀请报告4次。