合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所功能材料室研究人員在磁場對材料介電性能的調(diào)控方面取得新進展。
材料的介電性能隨外加磁場改變而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱之為“磁介電效應(yīng)”。具有這種效應(yīng)的材料在諧振電容器(Capacitive resonator) (其介電常數(shù)大小可用磁場調(diào)節(jié))以及數(shù)據(jù)存儲的電容式讀出磁頭等方面有著潛在的應(yīng)用。大的磁介電效應(yīng)意味著可以用較小的磁場獲得較大介電常數(shù)或電容的變化。由于材料的磁電效應(yīng)與磁介電效應(yīng)之間存在一定的關(guān)聯(lián)，具有強磁電效應(yīng)的材料有可能表現(xiàn)出大的磁介電效應(yīng)。另一方面，多鐵性材料或線性磁電材料通常表現(xiàn)出較強的磁電耦合。因此在具有強磁電耦合的多鐵性材料或線性磁電材料中有可能發(fā)現(xiàn)大的磁介電效應(yīng)。
基于以上思路，固體所功能材料室尹利華等與中科院合肥研究院強磁場科學中心研究人員合作，對具有線性磁電效應(yīng)的Co4Nb2O9單晶進行了相關(guān)研究。線性磁電效應(yīng)是指材料的電極化(或磁矩)與外加磁場(或電壓)成正比關(guān)系。研究人員發(fā)現(xiàn)Co4Nb2O9單晶的線性磁電耦合系數(shù)比較大(約為25.8 ps/m)，比典型的線性磁電材料Cr2O3(~4.2 ps/m)大了約6倍。此外，還發(fā)現(xiàn)該材料在磁相變附近表現(xiàn)出巨磁介電效應(yīng)，即，在8.5T外加磁場時其磁介電效應(yīng)可達~138%，僅次于多鐵性材料DyMnO3單晶。Co4Nb2O9單晶中的巨磁介電效應(yīng)可能起源于其大的磁電耦合與磁相變附近自旋漲落的共同作用。該研究結(jié)果為探索具有室溫低場強磁介電效應(yīng)的材料提供了一個思路。
相關(guān)研究成果以Colossal magnetodielectric effect and spin flop in magnetoelectric Co4Nb2O9 crystal 為題發(fā)表在《應(yīng)用物理快報》（Appl. Phys. Lett. 109, 032905 (2016)）上。
該工作得到國家自然科學基金的資助。
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