吳枚霞 李滿(mǎn)榮

(中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院,生物無(wú)機(jī)和合成化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510275)(2018年4月26日收到;2018年5月19日收到修改稿)

1 引 言

多鐵性材料是指具有鐵電、(反)鐵磁與鐵彈等兩種或兩種以上初級(jí)鐵性的材料,具有豐富的物理和化學(xué)內(nèi)涵,可用于自旋電子學(xué)器件等領(lǐng)域[1?5].按照磁性與鐵電性的起源機(jī)制,Khomskii[6]將多鐵性材料分為I類(lèi)和II類(lèi)多鐵性材料.I類(lèi)多鐵性材料指的是極性鐵電材料同時(shí)具有磁性,并且磁性和鐵電性來(lái)源于不同的結(jié)構(gòu)單元.這類(lèi)材料中鐵電有序和磁有序的溫度相差較大,兩者的耦合通常比較弱.II類(lèi)多鐵性材料,也稱(chēng)為磁致鐵電極化多鐵性材料,鐵電性來(lái)源于特定的磁有序結(jié)構(gòu),因此對(duì)樣品是否具有極性結(jié)構(gòu)沒(méi)有要求.最新的研究結(jié)果表明,還有一類(lèi)多鐵性材料(不同于I類(lèi)多鐵性材料的極性畸變由非磁性離子產(chǎn)生),其非中心畸變是由磁性離子導(dǎo)致,通常稱(chēng)為極性磁體(polar magnet)[7?9].

對(duì)多鐵性材料的研究已有將近100年的歷史,國(guó)內(nèi)外已有多篇綜述報(bào)道了其研究進(jìn)展[10?17].在目前研究的多鐵性材料體系中,具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料占據(jù)了重要的地位.簡(jiǎn)單鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物的化學(xué)通式為ABO3,其晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示,其中A為堿金屬,堿土金屬,Bi,Pb,RE(稀土元素rare earth)等;B為過(guò)渡金屬離子.

圖1 ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖,其中紫色球代表A位離子,青色球代表B位離子,粉紅色球代表O離子,BO6八面體為黃色Fig.1.The perovskite structure of ABO3.A cation,purple spheres;B cation,cyan spheres;O anion,pink;BO6 octahedron,yellow.

多鐵性鈣鈦礦氧化物的研究最早由Somlenskii和Chupis[18]為代表的俄羅斯科學(xué)家展開(kāi),它們?cè)诰哂需F電性的ABO3中用磁性離子部分取代B位的非磁性離子,以期在保留原有離子位移極化的前提下,通過(guò)超交換耦合進(jìn)一步獲得磁序,如用磁性的Fe離子取代PbNbO3中的非磁性Nb離子.最著名的例子是其反鐵磁溫度為143 K,鐵電居里溫度為385 K[19,20].在B位為磁性離子的BiFeO3中發(fā)現(xiàn)的磁序與鐵電序共存開(kāi)啟了多鐵性材料研究的新篇章;令人欣喜的是BiFeO3的磁序(TN～643 K)與鐵電序(TC～1100 K)轉(zhuǎn)變溫度都遠(yuǎn)高于室溫,為多鐵性材料的實(shí)用性提供了可能[21,22].以BiFeO3和BiMnO3為原型,近年來(lái)研究者開(kāi)展了雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)多鐵性材料的研究,如Bi2NiMnO6[23],Bi2FeCrO6[24]等,其多鐵性機(jī)理與BiFeO3類(lèi)似,均是由A位的Bi離子的孤對(duì)電子產(chǎn)生鐵電性,位的磁性離子提供磁性.此系列化合物已有相關(guān)綜述報(bào)道,本文不再贅述[25].

通常情況下,在傳統(tǒng)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中,小離子半徑和高價(jià)態(tài)的B位過(guò)渡金屬離子占據(jù)八面體配位的B位,高配位(12或8)的A位由較大離子占據(jù),因此樣品的性能主要由B—O鍵直接影響,A位離子僅起到維持樣品價(jià)態(tài)、調(diào)控結(jié)構(gòu)畸變以及影響B(tài)—O鍵的幾何構(gòu)型的作用.隨著高溫高壓制備技術(shù)的發(fā)展,可將較小離子半徑的磁性離子(如Mn2+等)納入鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的A位,形成A位和B位均有磁性離子的化合物.由于小離子半徑離子占據(jù)A位,會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)畸變,形成不同于傳統(tǒng)鈣鈦礦的異常結(jié)構(gòu)化合物,從而表現(xiàn)出更加豐富的物理內(nèi)涵.為了和傳統(tǒng)的鈣鈦礦材料區(qū)分,學(xué)界把A位小離子占據(jù)的高畸變鈣鈦礦稱(chēng)為異常鈣鈦礦.

多鐵性鈣鈦礦材料面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是磁轉(zhuǎn)變溫度過(guò)低,絕大部分已知材料的磁有序溫度遠(yuǎn)低于室溫,限制了其應(yīng)用.相對(duì)于傳統(tǒng)鈣鈦礦材料,A位為半徑較小的過(guò)渡金屬磁性離子的異常鈣鈦礦材料中,增強(qiáng)的磁超交換作用有望提高材料的磁有序溫度和磁電性能,日益成為研究熱點(diǎn).因此,圍繞A位為較小離子的異常雙鈣鈦礦化合物,本文簡(jiǎn)要介紹了其可能的晶體結(jié)構(gòu),總結(jié)了目前已報(bào)道的多鐵性材料體系,并展望了異常系列多鐵性材料研究中存在的主要問(wèn)題及新型多鐵性材料的設(shè)計(jì).

圖2 A位小離子占據(jù)的化合物的可能晶體結(jié)構(gòu)示意圖 (a)中心對(duì)稱(chēng)氧化鋁剛玉(AL)結(jié)構(gòu),其中A,B和B′無(wú)序排列;(b)極性LiNbO3(LN)結(jié)構(gòu),其中B和無(wú)序排列;(c)極性Ni3TeO6(NTO)結(jié)構(gòu),其中A,B和有序排列,A位有兩個(gè)晶體學(xué)獨(dú)立占位;(d)中心對(duì)稱(chēng)FeTiO3(ilmenite(IL)結(jié)構(gòu)),其中B和無(wú)序排列;(e)有序FeTiO3(order ilmenite(OIL)結(jié)構(gòu)),其中A,B和有序排列,A位有兩個(gè)晶體學(xué)獨(dú)立占位;(f)畸變GdFeO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu),A(紫色),B(藍(lán)色)和(綠色)有序排列,A位有一個(gè)晶體學(xué)獨(dú)立占位,為AO8配位Fig.2.The possible crystal structure types ofoxides:(a)Centrosymmetric alumina corundum structure(AL),A,B,andare disordered;(b)polar LiNbO3(LN)structure,B and are disordered;(c)polar Ni3TeO6(NTO)structure,A,B andare ordered with two crystallographically independent A-sites;(d)ilmenite(IL)structure,B,and are disordered;(e)order ilmenite(OIL),A,B,andare ordered with two crystallographically independent A-sites;(f)distorted GdFeO3-type perovskite structure with one crystallographically independent A-site in AO8coordination.A(purple spheres),B(blue spheres),and(green spheres)are ordered.

剛玉系衍生結(jié)構(gòu)分為Al2O3型中心對(duì)稱(chēng)剛玉結(jié)構(gòu)(alumina(AL),空間群R-3c),中心對(duì)稱(chēng)鈦鐵礦結(jié)構(gòu)(ilmenite(IL),R-3),極性LiNbO3結(jié)構(gòu)(LN,R3c),極性有序鈦鐵礦結(jié)構(gòu)(ordered ilmenite(OIL),R3)以及極性Ni3TeO6結(jié)構(gòu)(NTO,R3).其中LN,OIL,NTO型的極性結(jié)構(gòu)具有高自發(fā)電極化(spontaneous polarization,PS)常數(shù),迄今已報(bào)道材料的PS大多在50μC/cm2以上,是BaTiO3的兩倍[26].圖2中除了畸變GdFeO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(P21/n,A位離子為8配位,B位離子為6配位),其他幾類(lèi)晶體結(jié)構(gòu)中,A,B位離子都具有6配位,占據(jù)八面體空隙位.這些八面體在三維空間中共線、共面或共頂點(diǎn)連接,形成相應(yīng)的三維晶體結(jié)構(gòu).

圖3 從方向觀察的LN相化合物的晶體結(jié)構(gòu)Fig.3.The crystal structure of LN phase viewing alongdirection.

3 極性類(lèi)雙鈣鈦礦磁體

目前已報(bào)道多個(gè)具有極性結(jié)構(gòu)的異常雙鈣鈦礦氧化物,列于表1.

表1 極性類(lèi)雙鈣鈦礦磁體,其中無(wú)特別說(shuō)明的PS為理論計(jì)算值[27]Table 1.Polar magnet in double perovskite-likeoxides;the PSvalues are predicted unless specif i ed[27].

表1 極性類(lèi)雙鈣鈦礦磁體,其中無(wú)特別說(shuō)明的PS為理論計(jì)算值[27]Table 1.Polar magnet in double perovskite-likeoxides;the PSvalues are predicted unless specif i ed[27].

a實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值.

組分 結(jié)構(gòu)類(lèi)型 制備條件 PS/μC·cm?2 文獻(xiàn)Ni2NiTeO6 NTO 1073 K,AP 0.33a [28,29]Ni2ScSbO6 NTO 1073 K,AP 7 [30]Ni2InSbO6 NTO 1073 K,AP 7 [30]Mn2ScSbO6 NTO 1523 K,55 GPa 283 [31]Mn2MnWO6 NTO 1673 K,8 GPa 629/69 [32]Mn2FeWO6 NTO 1673 K,8 GPa 595/678 [33]Mn2FeNbO6 LN 1573 K,7 GPa 32 [34]Mn2FeTaO6 LN 1573 K,7 GPa 23 [34]Mn2FeMoO6 NTO 1623 K,8 GPa 68 [35]Mn2FeMoO6 OIL 1623 K,8 GPa 55 [36]Zn2FeTaO6 LN 1623 K,9 GPa 50 [37]Zn2FeOsO6 NTO Predicted 547 [38]Sc2FeMoO6 NTO Predicted 71 [39]Lu2FeMoO6 NTO Predicted 87 [39]

最早報(bào)道具有極性NTO結(jié)構(gòu)的類(lèi)異常雙鈣鈦礦氧化物是Ni2NiTeO6(Ni3TeO6),該材料在1000 K以下具有鐵電性,磁有序溫度為T(mén)N～50 K,具有共線反鐵磁結(jié)構(gòu)[28].美國(guó)Rutgers大學(xué)的Cheong課題組[29]在Ni3TeO6單晶樣品中發(fā)現(xiàn),沿著c軸方向加磁場(chǎng)測(cè)試的磁滯回線在某個(gè)臨界磁場(chǎng)Hc時(shí)會(huì)出現(xiàn)折點(diǎn),Hc隨測(cè)試溫度的降低而增大,同時(shí),在Hc處自旋發(fā)生了90?翻轉(zhuǎn)(圖4(c)).與其他自旋翻轉(zhuǎn)材料不同,Ni3TeO6中的自旋翻轉(zhuǎn)沒(méi)有出現(xiàn)滯后現(xiàn)象.樣品在TN=50 K以下具有熱釋電流(圖4(a)).樣品的電極化強(qiáng)度與磁場(chǎng)有很強(qiáng)的依賴(lài)性,特別是在臨界磁場(chǎng)Hc——樣品在測(cè)試磁場(chǎng)加到臨界磁場(chǎng)Hc時(shí),電極化急劇變化(圖5).作者認(rèn)為,在Hc處,自旋發(fā)生翻轉(zhuǎn),自旋翻轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的中間自旋態(tài)是樣品具有無(wú)滯后巨磁電耦合效應(yīng)的原因.

圖4 Ni3TeO6的(a)熱釋電流、(b)電極化、(c)磁滯回線和 (d)磁介電[29]Fig.4.(a)Pyroelectric,(b)polarization,(c)M-H loop and(d)magnetodielectric properties of Ni3TeO6[29].

然而,Zhao等[40]的研究發(fā)現(xiàn),加正向與反向電場(chǎng)極化Ni3TeO6樣品時(shí)測(cè)得的熱釋電流并不隨電場(chǎng)的反轉(zhuǎn)而反向,即電極化方向并沒(méi)有發(fā)生翻轉(zhuǎn)(圖6),這表明樣品Ni3TeO6沒(méi)有鐵電性能.那么Ni3TeO6的多鐵性應(yīng)該怎么理解呢?Cheong等認(rèn)為像NTO這樣的多鐵性材料,其磁致電極化是跟樣品原有的電極化耦合的,因此,如果原有的電極化不翻轉(zhuǎn)的話,磁致電極化也不會(huì)翻轉(zhuǎn).故熱釋電流測(cè)到的電極化不翻轉(zhuǎn).這種多鐵性區(qū)別于常規(guī)的I類(lèi)和II類(lèi)多鐵,稱(chēng)為極性磁體.

2011年,Ivanov等[30]報(bào)道了位為In,Sb,Sc的Ni2InSbO6和Ni2ScSbO6多晶陶瓷樣品也具有極性NTO結(jié)構(gòu),其反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度分別為60和76 K.在此系列化合物中,樣品的磁性由A位的Ni離子提供.兩個(gè)樣品通過(guò)非線性二階光學(xué)活性(second harmonic generation,SHG)信號(hào)計(jì)算的電極化強(qiáng)度均約為7μC/cm2,但目前并沒(méi)有這兩個(gè)樣品鐵電性或熱釋電性測(cè)試的相關(guān)報(bào)道.值得一提的是,Ni2InSbO6和Ni2ScSbO6的磁結(jié)構(gòu)是由兩套反鐵磁耦合非公度螺旋結(jié)構(gòu)組成,因此樣品可能具有由磁序誘導(dǎo)的鐵電極化.

圖5 不同溫度下電極化與磁場(chǎng)的依賴(lài)關(guān)系,在臨界磁場(chǎng)Hc處,電極化急劇變化[29]Fig.5.The polarization dependent of the magnetic field.The polarization change robust near the critical ifeld Hc[29].

圖6 Ni3TeO6的 (a)在不同測(cè)試頻率下的介電溫譜,(b)加正、反電壓極化后測(cè)試的熱釋電性能Fig.6.(a)Dielectric constant vs.temperature at dif f erent frequencies,and(b)pyroelectric properties by polarizing at positive and negative electric f i eld of Ni3TeO6crystal[40].

Mn2具有NTO,LN或OIL結(jié)構(gòu),B/B′位可以是Fe/(Mo,Ta,Nb,W),Mn/W或Sc/Sb.不同于極性結(jié)構(gòu)的樣品中,A位的Mn,位都對(duì)材料的磁性有貢獻(xiàn).但是,通常此類(lèi)極性結(jié)構(gòu)材料需要在高溫高壓下才能制備.如Mn2ScSbO6,常壓相是中心對(duì)稱(chēng)的R-3相,具有反鐵磁性[41];而在5.5 GPa壓力下制備則可獲得R3極性結(jié)構(gòu)相(圖2(c)),表現(xiàn)出亞鐵磁序,居里溫度TC=42 K[31].在Mn2ScSbO6中,存在大約12.3%的Mn/Sc反位無(wú)序,減弱了結(jié)構(gòu)畸變程度,PS約為28.3μC/cm2(利用點(diǎn)電荷模型計(jì)算的結(jié)果),因此Mn2ScSbO6是潛在的多鐵性材料.

NTO結(jié)構(gòu)的多晶Mn2FeWO6(8 GPa,1673 K制備)在75 K下具有復(fù)雜的反鐵磁序,約30 K具有場(chǎng)致亞鐵磁性相變(一級(jí)相變).第一性原理計(jì)算表明,由于存在Fe離子的d軌道金屬性中間態(tài),樣品的電極化不能翻轉(zhuǎn)[33],但目前為止該結(jié)果尚未得到實(shí)驗(yàn)的證實(shí).而同構(gòu)的Mn2MnWO6(8 GPa,1673 K制備)的第一性原理計(jì)算表明,其電極化能夠翻轉(zhuǎn)[42].Mn2MnWO6的TN=58 K,磁結(jié)構(gòu)為沿著c軸的反鐵磁序,ab面具有螺旋結(jié)構(gòu)成分,從而使得[001]方向的圓錐反鐵磁量增加.自旋結(jié)構(gòu)與晶體異常間的耦合被認(rèn)為是出現(xiàn)多鐵性的重要因素.Mn2MnWO6樣品在TN溫度以下,由Mn2—Mn3共面連接間的磁致伸縮導(dǎo)致晶胞會(huì)沿著[001]方向膨脹,溫度低于磁有序溫度時(shí),Mn2—Mn3鍵長(zhǎng)會(huì)增加.而基于點(diǎn)電荷模型計(jì)算的自發(fā)極化強(qiáng)度高達(dá)63.3μC/cm2.在TN溫度附近出現(xiàn)介電異常以及不同磁場(chǎng)下的熱釋電效應(yīng)信號(hào),表明樣品存在磁致伸縮電極化耦合以及磁電耦合.多晶樣品在室溫時(shí)的壓電力顯微鏡(piezoelectric force microscopy,PFM)實(shí)驗(yàn)結(jié)果則進(jìn)一步證實(shí)樣品具有可翻轉(zhuǎn)的電極化和磁電多鐵性能(圖7)[32].

圖7 Mn2MnWO6的PFM實(shí)驗(yàn)結(jié)果[32] (a)形貌圖;(b)振幅圖;(c)相位圖;(d)從圖(c)方框中獲得的平均振幅和相位圖在能帶激勵(lì)模式下的極化翻轉(zhuǎn)回線;(e),(f)剩余的負(fù)、正振幅量Fig.7.PFM results on Mn2MnWO6[32]:(a)Topography;(b)PFM DART(dual amplitude resonance-tracking)amplitude;(c)phase;(d)average amplitude(i)and phase(ii)band excitation PFM switching spectroscopy loops determined from square regions indicated in the phase image(c);remnant(e)negative and(f)positive amplitudes.

圖8 (a)Mn2FeMoO6在10 K時(shí)的磁結(jié)構(gòu)示意圖;(b)Mn1,Mn2,Fe,Mo和O位在基態(tài)磁結(jié)構(gòu)下由第一性原理計(jì)算的態(tài)密度[35]Fig.8.(a)The magnetic conf i guration of Mn2FeMoO6at 10 K;(b)density functional theory calculations of density of states(DOS)in the ground-state magnetic conf i guration projected to Mn1,Mn2,Fe,Mo,and O sites[35].

值得一提的是,NTO結(jié)構(gòu)的Mn2FeMoO6(8 GPa,1623 K制備),該化合物的亞鐵磁轉(zhuǎn)變溫度在室溫以上,約340 K,PS計(jì)算值高達(dá)68μC/cm2,其電極性結(jié)構(gòu)也進(jìn)一步由SHG測(cè)試證實(shí).第一性原理計(jì)算表明Mn2FeMoO6沿c軸方向的亞鐵磁共線自旋結(jié)構(gòu)可有效降低體系能量,有利于形成Fe/Mo有序排列R3結(jié)構(gòu)的NTO相,而非Fe/Mo無(wú)序排列的中心對(duì)稱(chēng)的IL結(jié)構(gòu)(R-3)(圖8)[35].Mn2FeMoO6中高度極化的自旋結(jié)構(gòu)增加了材料的電阻,表現(xiàn)為Mott-VRH半導(dǎo)體行為.然而,基于多晶樣品的測(cè)量并未觀測(cè)到鐵電反轉(zhuǎn)現(xiàn)象,目前也尚無(wú)理論計(jì)算對(duì)該材料的鐵電性能做出預(yù)測(cè).因此,Mn2FeMoO6是潛在的室溫多鐵材料,后期工作需要制備單晶或者薄膜樣品,進(jìn)一步研究其鐵電性和可能的磁電耦合性能.

II類(lèi)多鐵性材料中,鐵電極化產(chǎn)生的微觀機(jī)制如圖9所示.交換伸縮產(chǎn)生電極化的最典型例子是Ca3CoMnO6[43].Co2+和Mn4+離子在c方向交替排列形成一維原子鏈.自旋方向也是沿著c軸方向取向,形成一維Ising鏈.次近鄰Co2+離子或Mn4+-Mn4+離子具有反鐵磁排布(交換作用積分J2),最近鄰的離子的磁相互作用J1為鐵磁交換作用.當(dāng)1/2時(shí),磁結(jié)構(gòu)就會(huì)變成”結(jié)構(gòu).此時(shí),自旋方向相同的離子相互靠近,而自旋方向相反的離子相互遠(yuǎn)離,從而產(chǎn)生沿著c方向的電極化.

研究發(fā)現(xiàn)在A2CoMnO6(其中A=Y,Lu,Yb等)中,Mn4+,Co2+離子沿著c軸也具有↑↑↓↓型磁結(jié)構(gòu),根據(jù)交換伸縮模型,這樣的磁結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生沿著c軸方向的鐵電極化.A2CoMnO6(A=Y,Lu,Yb)具有雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(圖2(f)),空間群為P21/n,樣品采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法即可制備.

圖9 特殊磁序誘導(dǎo)產(chǎn)生鐵電極化的微觀機(jī)制[44]Fig.9.Micro-mechanism of magnetism-induced polarization[44].

圖10是Lu2CoMnO6[45]的磁結(jié)構(gòu)示意圖,可以看出,沿著c軸方向,相鄰的離子自旋方向平行排列,而次近鄰的或Mn4+離子的自旋方向反平行排列,因此形成↑↑↓↓型磁結(jié)構(gòu).Lu2CoMnO6的磁電溫度為35 K,相較于Ca3MnCoO6(磁電耦合溫度14 K),其磁電耦合溫度更高.

在Y2CoMnO6中,磁電耦合出現(xiàn)的溫度提高到約80 K[46].如圖11所示,在80 K以下,觀察到電極化強(qiáng)度,其最大值為65μC/m2.當(dāng)極化電場(chǎng)反向時(shí),電極化隨之反向,表明樣品具有鐵電性.為了進(jìn)一步驗(yàn)證樣品獲得的是本征鐵電性,作者還測(cè)試了樣品在一個(gè)很小的溫區(qū)內(nèi)(31 K±1 K)循環(huán)時(shí)熱釋電流的變化情況,發(fā)現(xiàn)電流方向會(huì)隨著溫度的循環(huán)而改變,表明熱釋電不是由可移動(dòng)帶電缺陷或是熱激活電流導(dǎo)致,而是樣品本征的鐵電性能.

另外,在Yb2CoMnO6[47]和[48]中也報(bào)道了由型磁結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的多鐵性現(xiàn)象.而在Sc2NiMnO6[49]中則存在Mn和Ni兩套磁格子,有兩個(gè)磁轉(zhuǎn)變點(diǎn),分別是T1=35 K和T2=17 K,在低于T2溫度下,由兩套磁格子交換作用導(dǎo)致的磁介電出現(xiàn)異常.

圖10 Lu2CoMnO6磁結(jié)構(gòu)示意圖,P為磁致電極化[45]Fig.10.The schematic magnetic structure of Lu2CoMnO6,P denotes the magnetic induced polarization[45].

同時(shí),實(shí)驗(yàn)上還證實(shí)了在A位為Mn離子的類(lèi)異常雙鈣鈦礦氧化物Mn2FeSbO6具有多鐵性能.在3 GPa下合成的Mn2FeSbO6是亞鐵磁體,具有中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的IL相.Dos santos-García等[50]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Mn2FeSbO6在TC=260 K的磁電容可以達(dá)到4000%(圖12),具有很大的磁致伸縮引起的反鐵電多鐵性現(xiàn)象.當(dāng)制備壓力增大到5 GPa以上時(shí),則形成反鐵磁性的畸變雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)相[51].

圖11 Y2CoMnO6樣品由交換收縮引起的鐵電性[46]Fig.11.Polarization of Y2CoMnO6due to exchange striction[46].

圖12 Mn2FeSbO6的磁介電性能[50]Fig.12.The magnetodielectric properties of Mn2FeSbO6[50].

5 總結(jié)與展望

新型高性能多鐵性材料的研究是目前材料、物理、信息等的重要研究方向之一.A位為較小離子占據(jù)的異常雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)多鐵材料,特別是類(lèi)異常雙鈣鈦礦極性磁體是近年來(lái)多鐵性材料研究的一個(gè)新方向,得到越來(lái)越多的關(guān)注.然而,目前對(duì)于此類(lèi)材料的研究還處在初級(jí)階段,已知材料數(shù)量十分有限,與理論預(yù)期還有很大差距,深入研究和前期器件化探索尚未展開(kāi),目前還存在以下問(wèn)題.

5)多功能性表征有待深入.極性磁體因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而具有多功能性,除本文所關(guān)注的多鐵性能外,其他如在紅外和遠(yuǎn)紅外區(qū)的非線性SHG和鐵電光伏太陽(yáng)能電池性能等方面的研究還需要進(jìn)一步展開(kāi),以期實(shí)現(xiàn)清潔和可再生能源的有效利用.

感謝美國(guó)羅格斯大學(xué)Sang-Wook Cheong教授的討論,感謝課題組李淑芳、蔡國(guó)鴻、韓藝豐的協(xié)助.