新型单晶显示出很有前途的磁场控制电场

由中国科学院合肥物质科学研究院尹丽华副教授领导的研究团队展示了在室温下低电场(E)下对磁性的明确控制。发现E诱导的相变和晶格畸变会导致在准同型相界(MPB)附近的基于多铁性BiFeO3的固溶体中的E控制磁性。该研究发表在ActaMaterialia上。

具有磁性和铁电特性的多铁性材料有望用于多功能存储设备。绝缘多铁性材料中基于磁电的控制方法需要更少的能量，并且具有高速、低功耗信息存储应用的潜力。BiFeO3是一种室温多铁性材料，具有用于自旋电子器件的潜力，但其弱铁磁和磁电效应以及操作所需的高电压是弱点。

在这项研究中，研究人员生长了多铁性0.58BiFeO3-0.42Bi0.5K0.5TiO3(BF-BKT)的单晶，它位于与MPB相邻的四方晶系区域。

“在Néel温度以下，TN~257.5K，BF-BKT晶体表现出反铁磁行为，”Yin说，“在室温下，我们发现BF-BKT晶体同时表现出短程磁序和长程铁电性命令。”

在室温下，多铁性BF-BKT单晶通过E表现出显着且一致的磁性控制，其中E的大小明显小于铁电矫顽磁场。

此外，高磁场(H)可以显着降低E对磁性的控制程度。

发现BF-BKT材料中磁性和铁电性之间的耦合可归因于外部E引起的晶格畸变和相变，而不仅仅是铁电畴转换。在高H值时，由于磁场引起的相变受到抑制，逆磁电效应减弱。

这些结果表明，在MPB附近设计基于多铁性的器件可能是实现磁性E控制的有效方法，甚至可能是低功率自旋电子学应用的低E磁性开关。