JPCM编辑优选：Z型铁氧体Sr3Co2Fe24O41中低磁场诱导的高温动态磁电耦合响应
文章介绍
Jun Li(李均), Dongpeng Zhao(赵东鹏), Han Bai(白晗), Zhi Yuan(袁志) and Zhongxiang Zhou(周忠祥)
通讯作者：
- 周忠祥，哈尔滨工业大学
- 李均，哈尔滨工业大学
研究背景：
磁电耦合响应即磁场诱导的样品的铁电极化或电场诱导的样品的磁化现象具有潜在优势应用到非易失性存储器件当中。然而具有磁电耦合响应的材料十分稀少，因此探究开发出具有磁电耦合效应的材料对开发下一代功能电子器件具有显著意义。六角铁氧体基于其特殊的结构和组成属于铁电性和铁磁性起源于相同机制的第二类多铁材料，具有能够诱导出强磁电耦合响应的潜力。根据组成结构的不同，六角铁氧体可以分为M、X、Y、Z、W、U等六种类型，大量研究表明Z型铁氧体在室温及以上温度能显示出较高的电阻率以致其在极化过程中不会产生较高的漏电流进而能被外磁场诱导出磁电耦合响应。因此，本文研究了六角铁氧体中的Z型铁氧体Sr3Co2Fe24O41以探究其在外磁场诱导下的磁电耦合响应强度以及磁电耦合响应的耐受温度。
研究内容：
本文通过传统固相烧结方法在1200摄氏度的烧结温度下制备了Z型六角铁氧体Sr3Co2Fe24O41。
样品的XRD衍射峰如图1与标准Z型铁氧体（19-0097）相对应，表明成功制备了具有P63/mmc空间群的Z型铁氧体。扫描电镜和能谱分析表明制备的样品十分致密，并且元素均匀分布在样品表面。介温谱分析所呈现的频率色散表现可归结于二价和三价铁离子之间的相互转换。物象分析表明样品成瓷性能良好。
图1. （a）样品的扫描电镜和元素分布 （b）样品的XRD衍射峰（c）介温谱（d）介电弛豫拟合曲线
样品的磁介电如图2所示在零磁场处出现一个明显的尖峰，表明制备的样品呈现出了磁电耦合响应性能表现。
图2. 样品不同温度条件下的磁介电响应
对样品极化过后的静态磁电耦合性能表明样品能够在外场的诱导下产生铁电极化现象如图3，并且样品的铁电极化方向不随外场的改变而改变。
图3.样品的静态磁电耦合响应
通过正反方向极化条件下测试所得样品的一阶动态磁电耦合响应呈现出沿坐标轴对称的蝴蝶状如图4，这对于样品在信息存储领域的应用具有潜能。
图4.样品的一阶动态磁电耦合响应
通过对样品的动态磁电耦合响应耐受温度测试表明样品所能耐受的最高温度为370K如图5,突破了大多数多铁材料仅在室温及以下温度仅具有磁电耦合响应。
图5.样品的不同温度条件下的动态磁电耦合响应
本文研究制备的Z型六角铁氧体在室温及以上条件下仍具有显著的磁电耦合响应，具有潜在优势应用于非易失性信息存储领域。
作者介绍
- 李均，四川射洪人，中共党员，哈尔滨工业大学教授、博士研究生导师，黑龙江省青年教学名师。从事钙钛矿型功能材料的制备及微波电磁特性研究工作，发表SCI论文30余篇，授权国家发明专利7项，作为负责人承担国家自然科学基金、某部委预研基金、教育部“一带一路”教育合作项目、高等学校教学研究项目等科研与教学项目。现任中国物理学会电介质物理专委会青年委员，国家自然科学基金函评专家，大学物理教指委文科物理委员会委员。目前课题组已经自主搭建了基于多物理场的磁电耦合性能测试系统，能够实现在不同温度、不同磁场、和不同旋转角度下样品的磁释电、磁介电、一阶/二阶磁电耦合系数等参数的系统测量。
期刊介绍
- 2021年影响因子：2.745 Citescore: 4.3
- Journal of Physics: Condensed Matter (JPCM)为读者提供凝聚态物理、软物质、纳米科学和生物物理各领域的最新研究成果。JPCM发表实验/理论分析和模拟研究，读者可以获取涉及下列领域的专题综述、快报和特刊：表面、界面和原子尺度的科学，液体、软物质和生物物理，纳米材料和纳米电子，固体结构的晶格动力，电子结构，超导体和金属、半导体，电介质和铁电，以及磁学与磁性材料。