上海硅酸鹽所稀土正鐵氧體RFeO3晶體研究取得進展
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作為一種重要的磁功能材料，正交鈣鈦礦結構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。中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員在國內(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上，解決了RFeO3的原料合成、光學浮區(qū)法晶體生長技術等一系列關鍵技術問題。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現(xiàn)象，在室溫以上就可以保持其磁有序結構。由荷蘭Radboud大學研究人員領導的科研團隊發(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家在光磁調(diào)控研究方面的雄厚研究基礎，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。
研究人員確信這一研究成果對于基礎研究和基于光控磁的新型技術開發(fā)都是一個很好的開端，而基于光控磁的新型技術開發(fā)將有望引導自旋電子器件的發(fā)展，推動RFeO3晶體的工業(yè)應用。
該研究獲得了國家自然科學基金項目、中荷（NSFC-NOW）自然科學基金交流項目、中俄（NSFC-RFBR）自然科學基金交流項目以及中國科學院俄烏白合作專項的大力支持。
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