上海硅酸鹽所稀土正鐵氧體RFeO3晶體研究取得進展

文章來源：上海硅酸鹽研究所    發(fā)布時間：2015-09-30

     作為一種重要的磁功能材料，正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)RFeO3（R為稀土元素）稀土鐵氧體具有獨特的磁性能，在稀土鐵氧體中發(fā)現(xiàn)的激光誘導(dǎo)超快自旋重取向和多鐵、磁電材料的發(fā)現(xiàn)，使稀土鐵氧體成為凝聚態(tài)和材料物理中研究的熱點。高質(zhì)量的RFeO3晶體制備，成為現(xiàn)代磁光和光磁研究的一個重要需求。中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員武安華等在國內(nèi)率先開展浮區(qū)法生長磁光晶體RFeO3的研究工作。針對不同組成RFeO3化合物的特點，研究人員在系統(tǒng)研究其相組成和析晶行為的基礎(chǔ)上，解決了RFeO3的原料合成、光學(xué)浮區(qū)法晶體生長技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題。進而不斷優(yōu)化晶體生長工藝，制備出了高質(zhì)量的RFeO3體系多個組分材料的單晶。以勞厄定向法，解決了浮區(qū)法生長的晶體的定向問題，獲得了各種結(jié)晶方向的RFeO3晶片。利用所獲得的高質(zhì)量晶體樣品，系統(tǒng)研究了該體系單晶材料的磁光、光磁、自旋重取向、自旋補償點磁相變等物理性能，發(fā)現(xiàn)該體系晶體可作為光磁作用的物理機制研究的重要候選材料。

磁性可以認為是一種最強的量子力學(xué)現(xiàn)象，在室溫以上就可以保持其磁有序結(jié)構(gòu)。由荷蘭Radboud大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊發(fā)現(xiàn)了一種概念上全新的方法，可以通過光場操控電子運動來調(diào)控交換相互作用，而不是控制溫度來調(diào)控磁性。鑒于RFeO3晶體的物理性能以及荷蘭科學(xué)家在光磁調(diào)控研究方面的雄厚研究基礎(chǔ)，雙方自2012年開始合作研究，進而與俄羅斯、英國和德國的科學(xué)家組成國際合作團隊，利用光場控制包括RFeO3晶體在內(nèi)的很多鐵氧化物中的交換相互作用強度，探討了存在于任意磁體和室溫條件下的任意理論。研究人員證明飛秒激光脈沖可以控制磁體中電子跳躍的速度，從而進一步調(diào)控交換相互作用強度。這一研究成果發(fā)表在Nature Communication上。

研究人員確信這一研究成果對于基礎(chǔ)研究和基于光控磁的新型技術(shù)開發(fā)都是一個很好的開端，而基于光控磁的新型技術(shù)開發(fā)將有望引導(dǎo)自旋電子器件的發(fā)展，推動RFeO3晶體的工業(yè)應(yīng)用。

　　該研究獲得了國家自然科學(xué)基金項目、中荷（NSFC-NOW）自然科學(xué)基金交流項目、中俄（NSFC-RFBR）自然科學(xué)基金交流項目以及中國科學(xué)院俄烏白合作專項的大力支持。

稀土正鐵氧體內(nèi)飛秒激光脈沖調(diào)控交換相互作用機制示意圖