（通讯员 王好文 陈瑞）近期，《物理评论B》（Physical Review B）先后刊发了国家脉冲强磁场科学中心王俊峰研究员课题组在多铁性材料方面的两项研究进展。

12月4日，《物理评论B》在线刊发了该课题组题为“Ferroelectricity and multiferroic quantum critical behaviors in Co₂V₂O₇”（Co₂V₂O₇中铁电和多铁量子临界行为）的论文。中心2016级博士陈瑞为论文第一作者，陈瑞和刘从斌为论文共同通讯作者，王俊峰研究员指导了该工作，工程师董超提供了关键的脉冲场绝热磁卡效应测量，博士后王好文参与了论文写作与讨论。

图1 Co₂V₂O₇的强磁场磁化、电极化和绝热磁卡效应测量结果

磁场调控铁电极化是多铁性材料领域的前沿课题。前期研究发现，Co₂V₂O₇在H||b方向上具有显著的量子磁化平台、磁致多铁和磁场诱导的连续电极化转换（switching）效应。本工作中，王俊峰课题组利用强磁场磁化、电极化和绝热磁卡效应测量对Co₂V₂O₇的H||c方向物理特性开展了系统研究，构建了其等温和绝热H-T相图。在低温3-5K，Co₂V₂O₇在强磁场下出现FE-I和FE-II两个铁电相，以及中间区域的顺电相，该顺电相对应于升温引起的1/2磁化平台。当温度升高时，FE-II和FE-I逐渐消失；当温度降低时，两个铁电相逐渐靠近和交叠。在2K时，FE-II和FE-I的电极化P||c在不同的磁场扫场驱动下呈现出相反的极化特性。对Co₂V₂O₇中的铁电起源机制，研究小组提出了一种手性对称的水黾型自旋结构模型，并揭示了新奇的动态铁电性和多铁量子临界行为。

12月11日，《物理评论B》在线刊发了该课题组题为“Doping-controlled quantum magnetization plateau and high-field ferroelectricity in multiferroic Ni_2-xT_xV₂O₇(T=Zn or Mn)”（Ni_2-xT_xV₂O₇中掺杂调控的量子磁化平台和高场铁电性）论文。中心博士生李甜为论文第一作者，博士后王好文为论文通讯作者，王俊峰研究员指导了该项工作，工程师董超和杨明副教授参与了测量和数据分析。

图2 Ni_2-xT_xV₂O₇的强磁场磁化、电极化以及磁电相图

低维阻挫磁性材料在磁场下展现出丰富的物理效应，如分数磁化平台、磁致多铁性等。这两种效应对材料本身的磁结构有各自特定的要求，因此很难在一种材料中被同时观测和研究。R₂V₂O₇(R = Ni, Co)是近年来发现的一种新的多铁性材料，在强磁场下呈现出分数量子化的磁化平台而受到关注。本工作中，王俊峰课题组利用化学掺杂手段，在Ni₂V₂O₇的A位分别掺入非磁性Zn离子和磁性Mn离子。研究发现，Zn离子的掺入能够有效拓宽磁化平台，如x=0.7时平台展宽达70%；相反，Mn离子的掺入则削弱了磁化平台效应；然而，两种离子掺杂对Ni₂V₂O₇铁电相的调控完全一致，且磁化平台的结束对应高场铁电相的出现（emergence）。研究小组从晶体结构、磁相互作用和自旋能隙等方面对其中的物理机制进行了探讨，同时构建了Ni_2-xT_xV₂O₇的强磁场磁电相图，该工作也提供了一种化学掺杂途径来调控和研究这两种低温强磁场下的层展效应。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后面上基金、湖北省自然科学基金、湖北省博士后创新研究岗位等资助。

论文链接：

https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.108.224405

https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.108.224414