合肥研究院在磁介電效應調控方面取得新進展

　　近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所功能材料室研究人員在磁場對材料介電性能的調控方面取得新進展。

　　材料的介電性能隨外加磁場改變而發生變化的現象，稱之為“磁介電效應”。具有這種效應的材料在諧振電容器(Capacitive resonator) (其介電常數大小可用磁場調節)以及數據存儲的電容式讀出磁頭等方面有著潛在的應用。大的磁介電效應意味著可以用較小的磁場獲得較大介電常數或電容的變化。由于材料的磁電效應與磁介電效應之間存在一定的關聯，具有強磁電效應的材料有可能表現出大的磁介電效應。另一方面，多鐵性材料或線性磁電材料通常表現出較強的磁電耦合。因此在具有強磁電耦合的多鐵性材料或線性磁電材料中有可能發現大的磁介電效應。

　　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磁場科學中心研究人員合作，對具有線性磁電效應的Co4Nb2O9單晶進行了相關研究。線性磁電效應是指材料的電極化(或磁矩)與外加磁場(或電壓)成正比關系。研究人員發現Co4Nb2O9單晶的線性磁電耦合系數比較大(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，還發現該材料在磁相變附近表現出巨磁介電效應，即，在8.5T外加磁場時其磁介電效應可達~138%，僅次于多鐵性材料DyMnO3單晶。Co4Nb2O9單晶中的巨磁介電效應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。該研究結果為探索具有室溫低場強磁介電效應的材料提供了一個思路。

　　相關研究成果以Colossal magnetodielectric effect and spin flop in magnetoelectric Co4Nb2O9 crystal 為題發表在《應用物理快報》（Appl. Phys. Lett. 109, 032905 (2016)）上。

　　該工作得到國家自然科學基金的資助。

圖1. Co4Nb2O9單晶的磁介電效應

圖2. Co4Nb2O9單晶中的線性磁電效應