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　　常規(guī)條件制備的鈣鈦礦材料由于容忍因子（t因子）的限制，決定了B-O-B'的鍵角總是接近180°，而這想要獲得較強(qiáng)3d-5d磁關(guān)聯(lián)，則需要較小的B-O-B'的鍵角。為了達(dá)到這一目的，需要A位放入小尺寸離子，這勢必使容忍因子嚴(yán)重偏離理想值1，這樣的結(jié)構(gòu)難以用常規(guī)條件制備。高壓是研制具備特殊性能新材料的重要技術(shù)手段，高壓高溫合成技術(shù)可以穩(wěn)定鈣鈦礦中的結(jié)構(gòu)畸變，拓寬容忍因子范圍。同時(shí)高壓在自然界廣泛存在，研究高壓新物態(tài)是認(rèn)識自然界實(shí)體物質(zhì)的重要前提。中國科學(xué)院物理研究所靳常青團(tuán)隊(duì)長期開展類鈣鈦礦功能新材料的高壓研制，通過高壓技術(shù)創(chuàng)新，設(shè)計(jì)并研制發(fā)現(xiàn)了多種含有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)基元的量子功能新材料。

　　近期，該團(tuán)隊(duì)研究人員在高壓合成的B位有序雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)功能材料研究上取得重要進(jìn)展。磁交換偏執(zhí)效應(yīng)在自旋電子學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，對一般的磁交換偏置材料而言，交換偏置場往往需要較大的冷卻場（103高斯以上），這顯然對實(shí)際應(yīng)該非常不利。研究人員運(yùn)用高壓技術(shù)成功研制了B位有序雙鈣鈦礦新材料Y2NiIrO6，該材料在192K發(fā)生亞鐵磁轉(zhuǎn)變，在170K以下表現(xiàn)出明顯的磁交換偏置。低溫下，僅需15高斯的冷卻場（cooling field）就可以誘導(dǎo)1.1T的交換偏置場，如此低的冷卻場在目前已知的材料中是非常罕見的。需要說明的是，這一交換偏置場是由磁滯回線在縱向上的移動（VMS效應(yīng)）產(chǎn)生的，因此產(chǎn)生機(jī)制必然與傳統(tǒng)的磁交換偏置效應(yīng)不同。他們利用中子衍射和x射線磁圓二色（XMCD）確認(rèn)了Ni2+-Ir4+磁矩的長程亞鐵磁有序，XMCD進(jìn)一步觀察到Ir4+的強(qiáng)自旋軌道耦合及明確的軌道序。磁力顯微鏡（MFM）觀察到磁疇奇異行為：施加較小的冷卻場就可以顯著改變磁疇的狀態(tài)，但是低溫下已經(jīng)形成的磁疇在±3T的外磁場內(nèi)均不發(fā)生明顯改變，部分疇壁甚至在±7T的磁場變化中能夠得以保持。正是這種被“釘”住的疇壁讓磁滯回線在縱向上產(chǎn)生移動。需要說明的是，Y2NiIrO6中的VMS效應(yīng)并不能用小回線現(xiàn)象來解釋：在略高的溫度下，磁滯回線能夠在±7T的磁場中飽和，但是仍然能夠觀察到明顯的VMS及其誘發(fā)的交換偏置場。結(jié)合中子衍射精修得到的準(zhǔn)確IrO6八面體構(gòu)型，他們認(rèn)為壓縮的八面體使Ir的軌道磁矩更傾向于沿最短的Ir-O鍵長排列，這種晶格-軌道間的耦合由強(qiáng)自旋軌道耦合、Ir-Ni間的強(qiáng)反鐵磁關(guān)聯(lián)放大，最終產(chǎn)生了巨大的磁各向異性，導(dǎo)致了疇壁的釘扎。

　　具有極低冷卻場及大交換偏置效應(yīng)的Y2NiIrO6將能提高自旋閥這類關(guān)鍵自旋電子學(xué)器件的靈敏度和穩(wěn)定性，同時(shí)由于其極高的磁疇靈敏度，也在低場探測領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果以Giant Exchange Bias-Like Effect at Low Cooling Fields Induced by Pinned Magnetic Domains in Y2NiIrO6 Double Perovskite為題于近日在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上發(fā)表。相關(guān)研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委、北京市科學(xué)技術(shù)委員會和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項(xiàng)目的支持。

圖1 期刊首頁

圖2 Y2NiIrO6的晶體結(jié)構(gòu)，磁化率-溫度曲線以及磁結(jié)構(gòu)

圖3 5K時(shí)不同冷卻場中Y2NiIrO6的磁滯回線，以及VMS和交換偏執(zhí)場與冷卻場的對應(yīng)曲線

圖4 零場冷后1.6K的溫度下，Y2NiIrO6分別在0T，2.5T和7T的疇結(jié)構(gòu)。綠色，藍(lán)色，紅色分別表示零磁，正磁矩和負(fù)磁矩