2月22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用户南京大学刘俊明课题组题为“Successive electric polarization transitions induced by high magnetic field in the single-crystal antiferromagnet Co2Mo3O8”的论文。该成果是刘俊明课题组利用脉冲强磁场设施在磁电耦合材料领域取得的最新研究进展，中心王俊峰研究员、陆成亮教授提供了强磁场测量工作。
外界磁能激发一直伴随着磁学、磁电耦合、多铁性等学科的发展。在外磁场特别是高磁场驱动下，往往会展现出一些新奇的量子和磁性相变。随着磁性转变的发生，在一些特殊对称性的磁电耦合材料中又会展现出丰富的铁电相变，具有honeycomb晶格的M2Mo3O8(M=Fe, Co, Mn, Ni)就是这类特殊材料。前期工作中，刘俊明课题组借助脉冲强磁场设施的60T强磁场实验条件，已取得了系列进展，包括：在Ni2Mo3O8中发现了spin-flop和非常宽的接近1/2磁化平台，铁电极化也展现出了极化跳变和极化平台的行为[Phys. Rev. B 103, 014112 (2021)]；研究发现了Co2Mo3O8和Fe2Mo3O8具有完全相同的反铁磁结构，但是磁电耦合行为大相径庭，例如Co2Mo3O8在低磁场下仍然保持反铁磁以及二阶磁电耦合效应[Phys. Rev. B 100, 134112 (2019)]。
强磁场揭示的铁电极化和磁性的连续转变行为
该研究中，刘俊明课题组研究了Co2Mo3O8单晶在60T强磁场下可能的磁相变与磁电耦合效应。研究表明，在磁场H//c时，磁致电流和磁场诱导铁电极化分别在Hc1~27T和Hc2~31T附近展现出两个连续的异常，值得关注的是c方向的磁矩同样在Hc1和Hc2处出现了两个连续的跳变，表明铁电序和磁序之间的本征耦合；另外，不同区域铁电极化随磁场的依赖关系也不同，低场下极化与磁场呈现抛物线的平方关系，即△Pc~βH2，然而磁场高于Hc1之后，极化与磁场主要展现出线性关系，即△Pc~αH+βH2。通过磁空间点群分析，6'mm'允许的磁电张量与各向异性磁电耦合测量结果相吻合。该项工作揭示了强磁场对于探索新的磁电相具有重要的科学价值。
该工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。
论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.105.064108
