新闻网讯（通讯员 常钰婷）9月27日，《物理评论快报》（Physical Review Letters）正式刊发了物理学院、国家脉冲强磁场科学中心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，国家脉冲强磁场科学中心王俊峰研究员、李亮教授，南京大学刘俊明教授，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、董帅为论文共同通讯作者，物理学院和国家脉冲强磁场科学中心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。
磁电耦合涵盖于麦克斯韦电磁理论，是21世纪量子材料研究的前沿，在物理上实现了空间反转对称破缺和时间反演对称破缺共存，源于电荷、自旋、轨道和晶格等多自由度强耦合；在应用上能够实现电场调控多重量子物态，为实现下一代超快、超高密度、超低功耗的新型信息科技提供备选路线。线性磁电是磁电耦合研究的发端，也是最特殊的一类，其中的电、磁参量之间的简单线性关联能够产生一系列的演生物理现象，如铁环性、磁电单极子、非互易效应等。然而，线性磁电研究历经半世纪有余，期间几经沉浮，主要源于其较弱的磁电耦合（约1~10 ps/m）。这是该领域一大难题，制约了深刻揭示磁电物理的丰富内涵。
从热力学视角看，磁电系数的上限仅决定于材料磁化率和介电系数的乘积。因此，磁电系数原则上可以很大。一般而言，大的磁化率和介电系数通常出现在相变或者临界等区间，可以产生相对较大的磁电系数，例如在第II类多铁中即是如此。然而，这类区间往往狭小，且磁电效应呈非线性特征。因此，提升线性磁电效应的物理条件显得尤为苛刻：大的磁致电极化数值、宽广的磁场调控区间以及海森堡自旋关联。
有鉴于此，陆成亮与合作团队发挥我校脉冲强磁场设施的极端条件平台优势，观测到了极性磁体Fe2Mo3O8中巨大的线性磁电效应，峰值高达α33~480ps/m，比文献数值大了近两个数量级。结合第一性原理以及模型计算，理论上定量再现了实验结果，揭示了自旋交换伸缩和磁晶各向异性能的核心物理作用，并指出具有不同磁晶各向异性的多重磁晶格嵌套系统是实现巨大线性磁电新材料的有效模型。该工作一方面显著提升了线性磁电耦合的上限，同时也从物理上给出了提高线性磁电效应的具体思路，对探索新材料和发掘磁电新物理具有重要意义。
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。
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
