近日，我校物理科學與技術學院趙世峰教授課題團隊在物理學科頂級期刊Physical Review Letters上發表了題為“Tuning perpendicular magnetic anisotropy compatible with hybrid improper ferroelectricity via a geometrical route”的重要研究成果。物理科學與技術學院趙世峰教授為該論文的通訊作者，新加坡南洋理工大學高煒博教授和北京化工大學王聰副教授為共同通訊作者，內蒙古大學物理學博士生蔣垚祥、薛冬來和牛建國分別為該論文的第一作者和共同第一作者。論文以內蒙古大學為第一通訊單位和完成單位。該研究得到了國家自然科學基金面上項目、內蒙古自然科學基金重點項目和內蒙古自治區高校創新團隊的資助。

具有垂直磁各向異性（PMA）和鐵電性耦合的多鐵性材料在開發自旋電子和量子功能器件中至關重要。當前相關研究的探索主要集中于與自旋/軌道相關的自由度調制方面，但收效甚微。一般來說，傳統位移型鐵電多鐵材料，由于d0規則的限制，難以實現鐵磁自由度可調的多鐵耦合關聯的磁結構設計。對于非本征鐵電性多鐵材料，由于其與自旋或電荷相關的鐵電機制，往往受到自發極化小或居里溫度低的調節限制，尤其共存的弱鐵磁序無法誘導PMA。因此，設計具有強PMA和鐵電性耦合的多鐵性材料并提出同時控制鐵性序的內在機制是亟待解決且極具挑戰的物理難題。

內蒙古自治區微尺度物理與原子制造重點實驗室、物理科學與技術學院趙世峰課題團隊在驗證了La?NiMnO?/La?CoMnO?（LNMO/LCMO）雙鈣鈦礦超晶格體系的雜化非本征鐵電機制（HIF）的基礎上[Nature Communications, 2024, 15(1): 5549]，進一步提出了超晶格中氧八面體旋轉/傾斜耦合Jahn-Teller（JT）畸變的幾何控制策略，實現了PMA和HIF的耦合調節。

該工作提出的幾何策略，通過解耦BO?氧八面體的幾何相關畸變來誘導和耦合不適當的鐵電性和垂直磁各向異性，并在La?NiMnO?/La?CoMnO?雙鈣鈦礦超晶格中得到了系統的實驗驗證。強鐵磁性和室溫鐵電性的共存得益于鐵磁超交換相互作用下HIF機制的電子不相容性的減弱。PMA來源于自旋軌道耦合（SOC），并受JT畸變引起的晶體場分裂的調控。實驗結果進一步揭示了垂直磁結構的微擾理論及其極化路徑下調節的交換模型。這一幾何策略為解決類似多鐵共存悖論及構建特殊鐵性序的物理問題提供了全新的介觀尺度研究思路。

La?NiMnO?/La?CoMnO?雙鈣鈦礦超晶格中雜化非本征鐵電性和垂直各向異性磁性耦合調控的幾何策略示意圖

主要作者簡介

蔣垚祥，內蒙古大學2020級物理學在讀博士，主要從事鈣鈦礦超晶格薄膜的多鐵性調控研究。目前已完成脈沖激光沉積（PLD）設備“樣品取放-傳送”真空系統（Loadlock）的設計與改裝；實現了鈣鈦礦超晶格薄膜的單晶外延制備及其原子級尺度的生長控制；在鐵磁性雙鈣鈦礦超晶格材料中設計并證實了室溫雜化非本征鐵電性的理論預言。以第一作者及共同第一作者發表SCI論文4篇（Phys. Phys. Lett., Nat. Commun., Small Methods, Appl. Phys. Lett.）。

趙世峰，內蒙古大學物理科學與技術學院教授、博士生導師。內蒙古自治區草原英才、內蒙古新世紀321人才工程第一層次人選、內蒙古自治區自然科學二等獎完成人（1/3）、內蒙古高等學校創新團隊帶頭人、內蒙古草原英才創新團隊負責人。主持973課題、國家基金面上項目等國家級項目7項，主持內蒙古自然基金重點、杰青項目等省部級項目6項，至今已在Phys. Rev. Lett.; Nat. Commun.; Adv. Mater.; Appl. Phys. Lett.等物理權威期刊上發表論文150余篇。出版學術專著3部；授權發明專利及軟件著作權共16項。目前主要研究方向：1. 團簇物理與原子制造；2. 多鐵納米材料與物理；3. 稀土功能氧化物材料與物理；4. 新型微納米光電能源材料。

01

02

03

來源 ：內蒙古大學新聞網

編輯 ：牛國欣

責編 ：張振宇 武濤

校審 ：張書寧 蔡雨君

審核 ：楊磊

終審 ：阿茹娜