华中科技大学陆成亮教授课题组利用脉冲强磁场设施在线性磁电效应研究上取得重要进展

　　（通讯员 常钰婷）9月27日，《物理评论快报》（Physical Review Letters）正式刊发了国家脉冲强磁场科学中心与物理学院陆成亮教授课题组的合作研究成果，论文题目为“Colossal linear magnetoelectricity in polar magnet Fe2Mo3O8”（极性磁体Fe2Mo3O8中巨大的线性磁电效应）。该成果是依托我校脉冲强磁场设施磁特性实验测试平台，由陆成亮教授，中心王俊峰研究员、李亮教授，以及东南大学董帅教授带领的联合研究团队取得的最新研究进展。我校为论文第一完成单位，陆成亮教授、董帅教授为论文共同通讯作者，中心与物理学院联合培养博士生常钰婷、南京邮电大学翁亚奎、湖北师范大学谢云龙为论文共同第一作者。

　　线性磁电效应是指磁场（H）与电极化（P）或电场（E）与磁化强度（M）呈线性关联的一类标准磁电效应。线性磁电效应因其空间反演对称性破缺和时间反演对称性破缺的相互作用，使其涌现一系列的物理性质，包括铁环性、磁电单极子、准粒子的非互易输运等。与传统磁电材料相比，线性磁电材料在应用中可能具有更高精度的独特优点，源于其中电、磁之间的线性对应。线性磁电的研究已有几十年，但其较弱的磁电耦合（α值仅1~10 ps/m）是该领域一大难题。

　　图：基于强磁场实验结果和理论计算揭示了Fe2Mo3O8中巨大的线性磁电耦合效应。（a）10K时，面外与面内的磁化强度与磁场的关系曲线；（b）10K时，面外与面内的电极化强度与磁场的关系曲线；（c）基于简化自旋模型的M-H模拟变化关系；（d）不同温度下的磁化强度与磁场的关系曲线；（e）不同温度下的电极化强度与磁场的关系曲线；（f）根据实验和理论计算结果构建的Fe2Mo3O8磁电相图。

　　此项研究中，陆成亮教授与合作团队报道了极性磁体Fe2Mo3O8中巨大的线性磁电效应，并揭示其物理机制。该工作主要利用脉冲强磁场设施的磁化与电极化实验测试平台，深入研究极性磁体Fe2Mo3O8在高达58T脉冲强磁场下的磁化与电极化特性。研究发现，强磁场可以诱导Fe2Mo3O8磁结构的连续变化以及电极化的线性增长，其对角分量的磁电系数α33的值可达到480ps/m，这比以往报道的磁电系数大了近两个数量级，并且线性磁电效应可以在40~58T较宽磁场范围内持续存在。这一实验结果在理论模型中得到再现，并揭示了交换伸缩机制在线性磁电耦合中的重要贡献。

　　脉冲强磁场设施磁特性实验测试平台能够提供磁化、电极化、磁致伸缩等实验手段，是开展强磁场下自旋、轨道、电荷以及晶格多自由度耦合调控研究的重要平台。近年来，平台负责人王俊峰研究员与课题组成员不断拓展测量手段，提升测量水平，积极与校内外科研单位开展密切合作，先后在《自然·物理》（Nature Physics）、《自然·通讯》（Nature Communications）、《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表重要合作科研成果，为凝聚态物理等物质科学领域前沿科学研究提供了有力支撑。

　　论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.136701

　　来源：华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心