华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心
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王俊峰课题组在多铁性材料的强磁场磁电调控研究上取得新进展

发布日期:2021-07-14    作者:     来源:     点击:

7月13日,《物理评论B》(Physical Review B)在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心王俊峰课题组题为《利用52T强磁场转角测量揭示MnWO4铁电极化反转》(Ferroelectric polarization reversal in multiferroic MnWOvia a rotating magnetic field up to 52T)的论文。王俊峰研究员为论文第一作者,中心杨明老师、中科院福建物质结构研究所何长振研究员为共同通讯作者,何长振研究员提供了高质量单晶样品,日本东京大学Tokunaga教授、加拿大纽芬兰纪念大学黎明博士和我校物理学院陆成亮教授参与了数据分析和科学讨论,中心研究生刘婉馨、刘从斌参与了相关工作。

磁电之间的相互调控是多铁性物理中的一个核心问题。自从在正交锰氧化物中发现超大磁电效应以来,磁控制电或电控制磁一直受到多铁研究领域的广泛关注。在磁控制电方面有两种比较新颖的效应:一种是电极化方向的90度翻转,另一种是电极化180度反转。例如,BiMn2O5在20T强磁场下会发生电极化反转,理论揭示这是一种多铁量子临界现象[Nature Materials 18, 223 (2019)];王俊峰课题组前期研究发现,Co2V2O7在强磁场下会发生电极化翻转,这可能和自旋波色-爱因斯坦凝聚现象有关[Physical Review B 100, 140403(R) (2019)]。


强磁场转角电极化测量揭示MnWO4高场铁电极化反转

MnWO4是一种重要的单相多铁性材料,在磁场作用下表现出丰富的相变和磁电效应。例如,当磁场沿b轴时,发生从b到c方向的电极化翻转;当磁场沿磁易轴(55°)时,在40T发生电极化反转。这种高场极性反转的物理图像一直不清楚。近年来,王俊峰课题组发展了脉冲强磁场下转角电极化测量技术,此次利用52T强磁场和转角测量技术,他们在MnWO4单晶中观察到一种新的角度依赖的电极化反转现象:当磁场在磁易轴附近偏转时,高场电极化会发生突然反转。研究表明,这种新奇的磁电效应来源于磁场调控的螺旋自旋结构的手性方向改变。该研究不仅给出了磁易轴方向高场电极化反转的物理图像,也预示高阶磁电耦合项在描述强磁场多铁效应时具有重要作用。

该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目的支持。


论文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.014415