研究了20年，終於證明：順磁鐵電晶體中的磁電耦合！

2020-10-18 博科園

蒙彼利埃大學、阿韋羅大學和科英布拉大學的一個國際研究小組，已經證明了順磁鐵電晶體中的磁電耦合，在他們發表在《科學》期刊上的研究論文中，該研究小組描述了其發現的鐿分子磁電材料及其可能的用途。還有深圳大學的葉舟和韓素婷也在《科學》期刊上發表了一篇文章描述了這項研究的觀點。在過去的二十年裡，科學家們一直在努力生產多鐵性材料。

但儘管付出了巨大的努力，研究人員一直無法創造出這種可以在室溫下使用的材料。而且，在製造具有足夠強耦合性的材料以用於商業產品方面也存在問題。在這項新研究中，研究人員創造了一種可能具有科學家一直在尋找的特性材料。鐵電性是某些材料的一種特性，它具有可被外部電場反轉的電極化。如果對這類材料施加電場，它們的偶極子就會對齊，從而產生極化，鐵磁性是某些材料對磁化的高度敏感性。

就像在鐵電學中一樣，如果施加磁場，材料的電子自旋就會對齊，從而產生磁性。在這項新研究中，研究人員創造了一種材料，其電學特性在室溫下暴露在磁場中而不是電力中時會發生變化，該新材料還通過操縱外加電場和磁場實現了六個偏振態。研究人員通過設計一種手性鑭系配合物來創造這種材料，在這種配合物中，Yb3+離子在鐵電手性反磁鋅中心附近具有很強的磁矩。其結果是一種基於鐿分子的磁電材料，這是一種具有高度磁電耦合的分子。

（上圖所示）R，R-1和S，S-2的晶體結構：（A）雙核Zn2+-Yb3+配合物R，R-1和S，S-2的分子結構及其對映體關係；橙色，Yb3+；淺藍色，Zn2+；藍色，N；紅色，O；灰色，C；為清晰起見，省略了氫原子；（B）R，R-1沿a軸的晶體堆積排列，強調兩個同手性配合物；（C）晶體(01『1』)平面中切片的單晶面分配和視圖。

在直流磁場作用下，用壓電響應力顯微鏡對材料進行了測量，證實了材料的特性。這種材料的性能表明，它可能與無機磁電材料競爭，研究人員認為，它可以為新型高密度存儲器件的設計提供一個新平臺。磁電（ME）材料將磁極化率和電極化率結合在一起，具有觸發一種特性和另一種特性的可能性。為開發高密度數據存儲和自旋電子器件或低功耗器件提供了基礎。這樣的應用需要本構性質之間的強相互作用，這一標準在經典無機磁電材料中很少在室溫下得到滿足。

新研究提供了具有磁致伸縮現象的順磁鐵電鑭系配合物中存在強磁電耦合的證據，這種分子材料的性質表明它可能與無機磁電材料競爭。磁電材料在電場或磁場的作用下會極化，因此對數據存儲應用很有吸引力，本研究發現了一種具有高磁電耦合的鐿分子磁電材料。外加磁場使材料產生應變，從而改變其電學性質。所需的磁場比其他磁電材料低得多，研究突出了分子材料在器件中的應用潛力。

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參考期刊《科學》

DOI: 10.1126/science.aaz2795

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