低维阻挫磁性材料在强磁场下表现出丰富的物理性质，如分数磁化平台、磁场诱导的多铁性等。前者是一种量子现象，表现为磁化台阶与饱和磁化值之比是一个分数值（如1/2或1/3等）；后者指系统中同时存在磁有序和铁电序等，可以通过磁场调控铁电性或者通过电场调控磁性。由于这两种不同的物理现象都对磁结构或自旋排列提出了特定要求，很难同时出现在同一种材料中，使得同时具有这两种新奇物性的阻挫材料非常稀少，而这类材料则被称为阻挫多功能磁性材料。目前，已被发现的阻挫多功能磁性材料只有CuFeO₂和Ni₃V₂O₈两种，并受到了广泛关注和研究。其中，CuFeO₂具有1/5和1/3磁化平台，在7-14 T表现为多铁性；Ni₃V₂O₈具有1/2磁化平台，在2-11 T和19-24 T之间表现为多铁性。

近日，强磁场中心材料物理组王俊峰研究员和欧阳钟文教授合作，利用60 T脉冲强磁场下的磁化和电极化测量，对螺旋链R₂V₂O₇ (R=Ni, Co)多晶陶瓷样品进行了深入研究。研究发现，这两种材料分别在8-30 T和7-12 T之间呈现1/2量子磁化平台，并在低于和高于磁化平台的磁场区间表现为多铁性，高场铁电相的电极化值达到50-60 mC/m²。通过系统的变温实验测量，研究还得到了完整的强磁场磁电相图，并进一步揭示了Co₂V₂O₇中强的磁电耦合效应。该研究不仅证明了R₂V₂O₇ (R=Ni, Co)是一类新的同时具有磁化平台和多铁性的阻挫多功能材料，还预示着磁场诱导的自旋向列态和波色-爱因斯坦凝聚等新奇量子态的出现。                                             

R₂V₂O₇ (R=Ni, Co)的强磁场磁化、电极化、及磁电相图研究

该研究成果以“Magnetic field induced ferroelectricity and half magnetization plateau in polycrystalline R₂V₂O₇ (R=Ni, Co)”为题发表在Phys. Rev. B 98, 184404 (2018)。强磁场中心陈瑞博士为论文第一作者，王俊峰研究员、欧阳钟文教授为论文共同通讯作者，日本东京大学Y. Kohama教授、南京大学刘俊明教授、物理学院陆成亮教授以及强磁场中心夏正才教授参与了该项研究。该项工作得到了国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划的支持。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.98.184404