OE1022锁相放大器在单相多铁氧体的材料应用

　　图一在数据采集过程中，电磁铁(SB-175，2.0T)产生了高达 5000 Oe 的直流偏置磁场(Hdc)。高斯计(REF-1205)辅助实时监测 。电流源(BKT-150V65A)提供正弦交流电流，用于产生交变磁场(Hac = 3 Oe，f = 1-2000 Hz)。交流和直流磁场均平行于多铁素体试样表面。使用锁相放大器 (OE1022) 记录感应 ME 电压。

　　2023年，中国科学院金属研究所马秀良研究院、朱银莲研究院团队在ACS Applied Materials & Interfaces发表了一篇题为《Achieving High-Temperature Multiferroism by Atomic Architecture》文章，报道了一种耦合了高温磁性与电压可切换铁电性的单相多铁电体材料。利用脉冲激光沉积技术制备出了具有均匀渗透开壳dn轨道的单晶薄膜，由具有B位的铁阳离子组成，根据原子分辨化学分析其在置换铁电性PbTiO3晶格中表现出长程自旋有序性。

　　四方极性Pb(Ti1-x, Fex)O3(PFT(x), x ≤ 0.10)族具有可切换的铁电性质，在室温下于约300 Oe的中等矫顽力场下具有磁相互作用，并且磁序在 500 K 以上仍然存在，高于迄今为止已报道的潜在多铁电体候选物质。我们通过原子占位工程将自旋有序亚晶格与固有铁电结合的策略，为高热稳定性多铁性和自旋电子应用提供了一条可行的途径。

　　样品 & 测试

　　文章使用锁相放大器对材料进行磁电效应的表征，制备了带有铂顶电极的电容器结构，以便在室温下用自制仪器评估磁电效应。

　　图2PFT(Χ) (Χ= 0.02, 0.03, 0.05)样品的磁电(ME)耦合效应表现为横向 ME 系数(αE31)的磁场依赖性，该系数是通过动态锁相技术(见实验部分和图 S15)在 1 kHz 的直流磁(Hdc)上叠加低交变磁场(Hac)测量的。

　　这种方法已被广泛用于研究多铁性复合材料，其 ME 行为被认为是由宏观磁致伸缩和压电相互作用介导的，并通过界面上的应变进行桥接。在图 2c 中， αE31随 Hdc 快速增加，直到 1000 Oe，然后缓慢上升，没有达到饱和。对于PFT(0.05)，当 Hdc 达到 5000 Oe 时，测得 αE31 为245 mV cm-1 Oe-1。特别是在特定的 Hdc条件下， αE31的值随着铁浓度的增加而提高，这应该归因于铁网络的渗流增加以及铁电性和磁性响应之间的晶格耦合增强。

　　总结

　　该文设计出了一系列单相多铁氧体，通过在钙钛矿氧化物的 B 位中加入原子占位的dn元素，可在 500 K 甚至更高的温度下实现磁有序。铁基亚晶格均匀渗入极性基体，产生了耦合长程自旋有序性以及双稳态和可切换铁电性。更重要的是，通过进行动态锁相测量，评估了室温下明显的磁电响应。文章认为，将高温磁有序性、非挥发性铁电性和强 ME 耦合整合到这一PFT族中，将极大地推动多铁氧体实际应用的实现。

审核编辑 黄宇