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中科大成功揭示巨磁-电效应机制

中国科学技术大学何力新教授研究小组在复铁性材料研究中取得重要突破,成功揭示了铽锰氧(TbMnO₃)中巨磁-电效应的微观机制。相关成果于2008年10月26日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,被评价为“第一个成功地对复铁性材料的定量理论研究”,并指出该研究将对几乎所有的物理学领域产生影响,成为今后复铁性材料研究的基础。

磁电共存与耦合是凝聚态物理的核心问题之一。磁和电是自然界两种最基本的物理现象,也是材料的两种基本属性。那些磁、电有序同时共存的材料被称为复铁性材料(multiferroics)。此类材料在外磁场下电学性质发生剧烈变化的效应被称为巨磁电效应。由于耦合了材料的多种功能属性,巨磁电效应为计算机信息存储的高密度化、器件小型化和功能的多样化开辟了新道路,同时在量子调控领域具有重要应用前景。

复铁性材料铽锰氧是学术界广泛关注的典型体系。此前科学家一直试图揭示其磁、电共存和磁-电作用的微观机理。何力新教授团队从基本的量子力学出发,通过计算机模拟手段,全面研究了铽锰氧化合物的晶体结构、电子结构和电磁学性质,成功揭示了该材料中磁、电共存与巨磁电效应的奥秘。研究揭示了自旋-晶格耦合和轨道序在产生铁电性中的关键作用,为理解非共线磁结构诱导的铁电性提供了理论框架。

自该工作发表以来,复铁性材料领域取得了长足进展。随后的实验中,科学家进一步在多种氧化物中实现了室温多铁性,并利用电场控制磁化翻转,向实际器件应用迈出了重要一步。何力新教授的这一奠基性工作,至今仍被广泛引用,是理解多铁性物理机制的重要基石。

(责任编辑:泉水)