利用脈沖激光沉積技術(shù)制備出了具有均勻滲透開殼dn軌道的單晶薄膜，由具有B位的鐵陽離子組成，根據(jù)原子分辨化學(xué)分析其在置換鐵電性PbTiO3晶格中表現(xiàn)出長程自旋有序性。四方極性Pb(Ti1-x, Fex)O3(PFT(x), x ≤ 0.10)族具有可切換的鐵電性質(zhì)，在室溫下于約300 Oe的中等矯頑力場下具有磁相互作用，并且磁序在 500 K 以上仍然存在，高于迄今為止已報(bào)道的潛在多鐵電體候選物質(zhì)。我們通過原子占位工程將自旋有序亞晶格與固有鐵電結(jié)合的策略，為高熱穩(wěn)定性多鐵性和自旋電子應(yīng)用提供了一條可行的途徑。
【樣品&測試】
文章使用鎖相放大器對材料進(jìn)行磁電效應(yīng)的表征，制備了帶有鉑頂電極的電容器結(jié)構(gòu)，以便在室溫下用自制儀器評估磁電效應(yīng)。

圖一在數(shù)據(jù)采集過程中，電磁鐵（SB-175，2.0T）產(chǎn)生了高達(dá) 5000 Oe 的直流偏置磁場（Hdc）。高斯計(jì)（REF-1205）輔助實(shí)時監(jiān)測 。電流源（BKT-150V65A）提供正弦交流電流，用于產(chǎn)生交變磁場（Hac = 3 Oe，f = 1-2000 Hz）。交流和直流磁場均平行于多鐵素體試樣表面。使用鎖相放大器 (OE1022)記錄感應(yīng) ME 電壓。

圖2樣品的磁電（ME）耦合效應(yīng)表現(xiàn)為橫向 ME 系數(shù)的磁場依賴性，該系數(shù)是通過動態(tài)鎖相技術(shù)在 1 kHz的直流磁場上疊加低交變磁場測量的。
這種方法已被廣泛用于研究多鐵性復(fù)合材料，其 ME 行為被認(rèn)為是由宏觀磁致伸縮和壓電相互作用介導(dǎo)的，并通過界面上的應(yīng)變進(jìn)行橋接。在圖 2c 中，aE31隨Hdc快速增加，直到 1000 Oe，然后緩慢上升，沒有達(dá)到飽和。對于PFT(0.05)，當(dāng) 達(dá)到 5000 Oe 時，測得aE31為245 mV cm- 1 Oe-1。特別是在特定的Hdc條件下，aE31的值隨著鐵濃度的增加而提高，這應(yīng)該歸因于鐵網(wǎng)絡(luò)的滲流增加以及鐵電性和磁性響應(yīng)之間的晶格耦合增強(qiáng)。
【總結(jié)】
該文設(shè)計(jì)出了一系列單相多鐵氧體，通過在鈣鈦礦氧化物的 B 位中加入原子占位的dn元素，可在 500 K 甚至更高的溫度下實(shí)現(xiàn)磁有序。鐵基亞晶格均勻滲入極性基體，產(chǎn)生了耦合長程自旋有序性以及雙穩(wěn)態(tài)和可切換鐵電性。更重要的是，通過進(jìn)行動態(tài)鎖相測量，評估了室溫下明顯的磁電響應(yīng)。文章認(rèn)為，將高溫磁有序性、非揮發(fā)性鐵電性和強(qiáng) ME 耦合整合到這一PFT族中，將極大地推動多鐵氧體實(shí)際應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。

審核編輯 黃宇