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发布日期:2022-07-15
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数字反应堆计算材料团队在Nature发表述评文章

2022年7月,之江实验室数字反应堆计算材料张统一院士团队任伟教授应Nature主刊邀请在Nature上发表News & Views述评文章Topology turns the crank on magnetoelectric switch,介绍了材料科学领域中关于多铁性材料的最新进展。

本文综述了一种新型的基于多铁性材料的拓扑调控磁电开关效应。多铁性材料是近年来新发展起来的一种新型功能材料,具备磁性和铁电双重特性。这种特种功能材料可以通过磁场来调控电特性的变化,也可以通过电场来调控磁特性的变化。通过这种磁和电的相互交换耦合所表现出的奇异量子效应,实现铁电性和磁性互相耦合调控,将有助于实现磁电控制开关以及存储等智能电子器件的小型化和集成化,在未来的新型计算技术、信息与数据存储技术、感知和控制技术等领域有着潜在的应用前景。

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近年来,REMn2O5(RE为稀土元素)这一体系在磁场作用下表现出新奇的电极化效应,激发了广大国内外研究者的兴趣。本文中,计算材料团队任伟教授评述了Ponet等人在以稀土元素RE=Gd的GdMn2O5单晶中提出并实现了一种由拓扑状态保护的类似“曲轴(crankshaft)”的磁电开关及其模型解释。他们通过在单晶GdMn2O5中标记出两种不同的Mn离子反铁磁序链,结合数值计算模拟,发现当施加外磁场与GdMn2O5晶体轴夹角为正负10°左右的“神奇”角度(magic angle魔角)时,可实现1-4四种电极化状态切换。此时,随着扫描两个周期外磁场强度的增减变化,一种Mn的自旋方向仅在90°往复切换,另一种Mn的自旋将发生360°转动。这种效果类似于机械工程中 “曲轴(crankshaft)”的驱动方式,线性增减变化的外部磁场相当于“活塞(piston)”运动,Mn链相当于“传动轴(driveshaft)”,从而驱动自旋序的四种状态转变,实现磁场对铁电性的量子调控(如下图)。

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受邀在Nature上撰写News & Views述评文章,充分体现了国际同行对之江实验室计算材料团队的高度认可以及团队的学术影响力。“之江实验室-上海大学计算材料学联合研究中心”任伟教授为文章第一作者,上海大学和之江实验室为共同第一作者和通讯作者单位。

之江实验室-上海大学计算材料学联合研究中心依托实验室数字反应堆重大科学设施,联合上海大学张统一院士团队,探索智能计算驱动的新科研范式在材料科学领域的创新实践,聚焦材料智能计算、材料大数据和材料实验三大核心技术,开展新型材料科学与技术研究,致力于建设一流的智能化、数字化新材料创新平台。

述评全文:Topology turns the crank on a magnetoelectric switch


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