强关联铬氧化物体系的反常磁性及磁电耦合效应的研究

本课题以具有ABO3结构的强关联稀土过渡金属铬氧化物为具体对象，以物性测量为主要手段，实验与理论工作相结合,在制备高质量单晶和薄膜样品的基础上,对该类体系中呈现出的反常磁性与磁电耦合效应进行探索性研究。将从反常磁性在温度和磁场诱导下的变化特征、反常磁性对微结构的依赖性及其对电性质的影响，自旋/电荷/轨道有序相之间的关联及磁电耦合与调控、体系的磁性和电性相图，以及磁电耦合行为的物理机制开展系统的工作，力求获得较为清晰的物理图景、合理的认识和解释，以期为这类具有强关联特征的典型钙钛矿过渡金属Cr氧化物磁电耦合和相互调控物理机制的理解提供实验积累和基础性研究资料，同时为复杂氧化物体系物理机制的理解提供例证，并从中给出新的认识、发现一些新现象和新规律，其研究对该类材料未来的可能应用也有具有一定的实际指导意义。

本课题以正交畸变钙钛矿结构的R1-xAxCrO3 (R=稀土金属或Y，A=碱土金属) 体系为主要研究对象，通过X射线衍射、扫描电子显微镜、综合物性测量系统对YbCrO3、Yb(Ca)CrO3、HoCrO3、ErCrO3、Y(Pr)CrO3、Eu(Ca)CrO、Sm(Ba)CrO3系列样品的晶体结构、表面形貌以及其在低温区展现出的磁相变、磁电效应、冷却场依赖效应、负磁化现象、相变温区宽化行为、温度/磁场诱导的磁化反转、稀土离子与过渡金属离子之间的交换相互作用等复杂磁物理行为进行了系统和深入的研究。首次在实验上直接证明了单相HoCrO3体系与ErCrO3体系磁电耦合效应的存在，对于HoCrO3体系，当H=0 T时，Ps=5.0×10-4C/m2；H=5T时，Ps=7.1×10-4C/m2，表明在该体系内部发生了磁场与电极化之间的耦合，为新型多铁材料的开发和应用提供了新的实验依据。首次在SmCrO3体系中发现的磁相变与类玻璃态的关联现象，通过实验证明了在磁相变温度以下的低温区存在恒定比例33%反铁磁(AFM)冻结态组分，是导致该体系热不可逆性的根本原因，这种冻结效应和热不可逆性在未来会成为潜在的可控的磁热材料、磁历史记忆材料的驱动因素。本课题为关联电子系统和铬氧化物体系物理机制的理解提供实验积累，为澄清与当今凝聚态物理的一些前沿课题紧密相关的一些基本问题的理解提供基础研究资料，从中给出新认识，发现了一些新的现象和新的规律。