A位离子对锰氧化物中多铁性的调控与机理研究

多铁性锰氧化物是典型的磁致多铁性材料，是丰富磁致多铁性物理与关联物理的一个良好平台，锰氧化物中A位离子调控多铁性是揭示与多铁性关联的新效应与潜在应用的重要课题。本项目关注多铁性锰氧化物RMnO3与RMn2O5 (R为稀土离子)中A位离子(包括尺寸、自旋与价态三重作用)对其中多铁性的调控及其物理机制。主要研究内容包括：i)通过A位离子掺杂调控具有不同自旋构型的锰氧化物中多种交互作用的共存与竞争，以此调控材料的多铁性与磁电耦合性质，揭示新的物理效应,深刻理解其中的物理机制，合成具有优良多铁性的锰氧化物材料；ii)研究锰氧化物中多铁性相分离行为及其调控，包括多铁性相分离态的动力学行为及其对电场与磁场的响应等；iii)研究具有不同A位离子以及不同自旋构型的锰氧化物中多铁性对脉冲强磁场的响应，探索新型多铁相。本项目以实验探索为主，深刻理解锰氧化物中A位离子调控多铁性的物理机制。

在过去三年中，项目负责人和其团队成员根据申请书既定的研究计划，开展了多铁性锰氧化物中A位离子对其中多铁性调控与机理的实验研究，取得了一系列的研究成果，较好实现了既定的科学目标。具体研究成果包括: i) 利用薄膜应力，化学掺杂，以及磁场调控，深入研究了多铁性材料DyMnO3薄膜与陶瓷样品中Dy-Mn自旋关联对材料多铁性质的影响及机理；ii）揭示了GdMnO3薄膜中新颖的多铁性质，包括居里温度与铁电极化的同时显著增加。物理分析得到薄膜中特殊的类孪晶构型以及增强的Gd-Mn自旋关联是相关现象的起因；iii）利用系统的实验，证明了TbMnO3薄膜中存在磁致多铁性，并揭示了奇异的磁电耦合效应，可能来源于不同的Tb-Mn自旋关联；vi）在本项目的支持下，我们拓展研究内容，研究了多铁性材料BiFeO3中的结构相变行为，锰氧化物中的电荷有序相与铁磁金属相之间的竞争与共存，以及5d氧化物Sr2IrO4中的新颖物理效应。取得了较好的结果。