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Nature上海大學(xué)任偉團隊關(guān)于多鐵性材料在實驗上的最新進展

來源:上海大學(xué)理學(xué)院      2022-07-11
導(dǎo)讀:近日,Nature主刊邀請上海大學(xué)理學(xué)院物理系教授、錢偉長學(xué)院副院長任偉在Nature上撰寫發(fā)表News & Views Article,文章題為“Topology turns the crank on magnetoelectric switch”,介紹了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中關(guān)于多鐵性材料在實驗上的最新進展。任偉教授為文章的第一作者,合作者為美國阿肯色大學(xué)Laurent Bellaiche教授。Nature 607, 34-36 (2022) 發(fā)表日期:2022年7月6日。

多鐵性物質(zhì)作為一種新型多功能的量子材料,在自旋電子學(xué)和信息科學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的潛在應(yīng)用前景。實現(xiàn)鐵電性和磁性互相耦合調(diào)控,將有助于實現(xiàn)磁電開關(guān)以及存儲等器件小型化和集成化。近年來,REMn2O5(RE為稀土元素)這一體系在磁場作用下表現(xiàn)出新奇的電極化效應(yīng)激發(fā)了廣大國內(nèi)外研究者的興趣。本文中,任偉教授評述了Ponet等人在GdMn2O5單晶中提出的一種由拓撲狀態(tài)保護的類似“曲軸(crankshaft)”的磁電開關(guān)及其模型解釋。他們在單晶GdMn2O5中標記出兩種不同的Mn離子反鐵磁序鏈,僅當施加外磁場與GdMn2O5晶體軸夾角為正負10°左右的“神奇”角度(magic angle魔角)時,可實現(xiàn)1-4四種電極化狀態(tài)切換(圖1)。此時,隨著掃描兩個周期外磁場強度的增減變化,一種Mn的自旋方向僅在90°往復(fù)切換,另一種Mn的自旋將發(fā)生360°轉(zhuǎn)動。這種效果類似于機械工程中 “曲軸(crankshaft)”的驅(qū)動方式,線性增減變化的外部磁場相當于“活塞(piston)”運動,Mn鏈相當于“傳動軸(driveshaft)”,從而驅(qū)動自旋序的四種狀態(tài)轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)磁場對鐵電性的量子調(diào)控。

基于這一“曲軸”拓撲開關(guān)模型的成果將激發(fā)進一步的凝聚態(tài)物理學(xué)前沿研究,隨著對這一結(jié)果背后的內(nèi)在微觀機理的探索,以及使用光學(xué)浮區(qū)法等更高質(zhì)量的單晶樣品制備技術(shù),將有望在此基礎(chǔ)上推進磁電多鐵材料和器件的實際應(yīng)用。上海大學(xué)理學(xué)院物理系的四橢球面共聚焦光學(xué)浮區(qū)爐曾是全國第三和上海第一臺此類設(shè)備,產(chǎn)出了包括Science論文在內(nèi)的大量優(yōu)秀科研成果,文章引用并期待這一技術(shù)可以繼續(xù)推動該研究課題的進一步發(fā)展。

上海大學(xué)任偉教授在多鐵量子材料領(lǐng)域舉辦了一系列相關(guān)學(xué)術(shù)活動,例如2019年1月,國家自然科學(xué)基金委與金磚國家科技創(chuàng)新框架計劃合作研究“多鐵材料的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)”重點項目啟動會(NSFC-BRICS STI Framework Programme Meeting on Electronic and magnetic properties of multiferroic materials)在上海大學(xué)成功召開。上海大學(xué)任偉教授、俄羅斯莫斯科大學(xué)Alexander Pyatakov教授和印度尼赫魯高等科學(xué)研究中心A. Sundaresan教授獲得各自國家基金支持,共同主持開展和加強金磚國家科學(xué)工作者之間的交流與合作項目。早在2016年10月,上海大學(xué)量子中心還組織了第八屆亞太理論物理中心APCTP多鐵材料國際研討會。APCTP多鐵材料國際研討會自2008年開始在全球各地舉辦,2016年第八屆研討會由上海代表中國承辦該國際會議,為推動上海大學(xué)在多鐵材料及量子科技方面的研究發(fā)展做出了貢獻。

在我國科技評價體系改革破五唯的背景下,上海大學(xué)物理學(xué)科基礎(chǔ)研究以國家戰(zhàn)略和國際視野的科學(xué)工作態(tài)度,圍繞學(xué)校十四五規(guī)劃“五五戰(zhàn)略”的量子科技方向,潛心學(xué)術(shù)研究,培養(yǎng)青年人才,不斷提高影響力。

論文鏈接:

Nature 607, 34-36 (2022)

https://www.nature.com/articles/d41586-022-01786-w 

Nature 607, 81-85 (2022)

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04851-6 

參考資料:https://www.scicol.shu.edu.cn/info/1008/10165.htm

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