旋转式电控磁性

具有磁电耦合作用的多铁性材料是一种典型的多功能材料，它的深入研究不仅能拓展新理论、新机 理，也会促进新磁电器件的开发以及相关高新产业发展。但是，铁电-铁磁难共存与耦合弱(磁电耦合)一直 是物理和材料领域面临的瓶颈与挑战。申请人利用外加电场方法，提出了非线性的电控磁机制：电场改变 铁电极化，铁电极化和另一个结构序参量(例如姜-泰勒形变、钙钛矿的八面体旋转)耦合，然后结构序参量 和磁耦合。提出的这种间接磁电“极化-结构序参量-磁”耦合作用强，可达到铁电极化控制磁的180°翻转，为 解决多铁性材料的瓶颈-磁电耦合弱-提供了新思路。

通过第一性原理计算，提出了一种在正交多铁性材料中实现旋转磁电切换的新机制。该机制利用铁电 极化在切换过程中旋转180°,同时保持其幅度几乎不变，从而带动铁磁或反铁磁矢量的旋转切换。打破了 传统线性磁电效应在I型多铁性材料中磁电切换的局限性，实现了对铁磁和反铁磁方向的高度可控性。通 过引入磁电耦合能公式，定量描述了铁电极化与磁矢量之间的耦合关系，并解释了磁电切换过程中的能量 变化。为磁电耦合效应的定量研究提供了新方法，有助于深入理解多铁性材料中的磁电相互作用机制。

利用材料中的面内结构各向异性和磁各向异性，通过余弦函数描述铁电极化和磁矢量的旋转切换过 程。通过理论模型与第一性原理计算的结合，揭示了各向异性在磁电切换中的关键作用，为设计新型磁电 器件提供了理论依据。多铁性材料的广泛适用性，将旋转磁电切换机制应用于多种正交多铁性材料，包括 二维正多多铁性材料(如CrX?Se? 和MnX?Te?) 和钙钛矿多铁性材料(如EuTiO? 和BiFeO?/LaFeO? 超晶 格)。证明了该机制的广泛适用性，不仅限于特定材料体系，为开发新型多铁性材料和磁电器件开辟了新的 途径。