合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所功能材料室研究人員在磁場(chǎng)對(duì)材料介電性能的調(diào)控方面取得新進(jìn)展。
材料的介電性能隨外加磁場(chǎng)改變而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱(chēng)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(chǎng)調(diào)節(jié))以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǎng)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(qiáng)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(qiáng)的磁電耦合。因此在具有強(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究人員合作，對(duì)具有線性磁電效應(yīng)的Co4Nb2O9單晶進(jìn)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(chǎng)(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(chǎng)時(shí)其磁介電效應(yīng)可達(dá)~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(chǎng)強(qiáng)磁介電效應(yīng)的材料提供了一個(gè)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(bào)》（Appl. Phys. Lett. 109, 032905 (2016)）上。
該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
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