中科院金属所发现多铁材料中铁电极化增强的新机制

中科院金属所发现多铁材料中铁电极化增强的新机制

引用

中国科学院

1.

https://syb.cas.cn/xwzx/kyjz/202407/t20240723_7299817.html

磁电多铁材料是一种同时具有铁磁性和铁电性的多功能材料，近年来备受关注。中科院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的研究团队在该领域取得重要突破，发现了一种新型的铁电极化增强机制，为提升磁电多铁材料的性能和推进其实际应用提供了新思路。

磁电多铁材料由于其电学性质和磁学性质之间相互耦合，可以实现磁场控制电极化或者电场调控磁学性质，在高密度、低能耗、高读写速率器件中有着广阔的应用前景。

然而，由于退极化场的不完全屏蔽或梯度能影响，畴壁处的铁电极化强度往往会降低，对材料的性能与应用带来不利影响。因此，畴壁处的铁电极化是否能够实现增强是一个具有重要科学意义与潜在应用的基础科学问题。

中科院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部的相关团队，围绕磁电多铁材料中铁电畴壁处的铁电极化行为和磁性耦合机制开展了系统性的研究工作，发现-Fe2O3中畴壁处的铁电极化行为受束缚电荷密度的调控。

研究表明，-Fe2O3薄膜中存在两种类型的180°尾对尾铁电畴壁。透射电镜原子结构表征的结果表明，在I型畴壁处出现了罕见的铁电极化显著增强（约43%）现象，而在II型畴壁处的铁电极化强度减弱至接近于零。

第一性原理计算表明，I型畴壁处束缚电荷密度低，从而导致其铁电极化增强；II型畴壁处的束缚电荷密度高，从而导致其铁电极化减弱。I型和II型铁电畴壁处的磁性耦合方式分别为反铁磁性耦合和铁磁性耦合，它们对-Fe2O3的磁学性能具有重要影响。

该研究表明磁电多铁材料中畴壁处的铁电极化可表现出显著增强的现象，铁电畴壁在其磁学性能方面也发挥着重要作用，这不仅深化了人们对磁电多铁材料中丰富物理现象与行为的认识，还为提升其性能及推进其实际应用提供了新思路。