npj:應變生新花—共振增強動態二次磁電效應

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磁電效應是材料磁和電性能的耦合效應。基於磁電效應可以實現材料中的磁電互相調控，一方面可以用電場來調控磁矩，另一方面也可以用磁場來調控電偶極矩，因此在存儲和傳感器件領域有巨大的應用前景。磁電效應最早發現於上世紀60年代，但在過去幾年裡，又掀起了新一波的研究熱潮。然而，已有的研究主要關注靜態磁電效應，對於動態效應的研究目前尚處於空白。這方面研究對於快速計算等應用十分重要。

由美國阿肯色大學Bellaiche教授領導的國際團隊基於唯象模型和分子動力學模擬研究了應變對於多鐵體系中的動態二次磁電耦合響應的影響。他們首先構建了多鐵體系應變、磁和電多場耦合的唯象朗道模型，並基於該模型的推導得到了二次磁電係數隨外場頻率的變化關係。他們發現，當體系允許應變存在時，體系中會出現一種新的元激發準粒子，即電聲磁振子，其為聲學/光學聲子與磁振子耦合態。該準粒子導致二次磁電係數在某些頻率會極大的增強，發生所謂共振現象。為證實上述結果，他們基於典型多鐵體系BiFeO3的等效哈密頓量開展了分子動力學模擬。通過施加不同頻率的交變外場，他們發現在應變允許發生時的確觀察到磁電係數的共振增強，而當應變不能發生時，共振增強消失，從而證實了唯象模型的結果。該研究提出一種全新的強磁電響應的物理機制，且可以在單相材料中實現，不僅豐富磁電耦合的物理圖像，而且有望用於實現新型磁電耦合器件。