Мультиферроики одновременно обладают двумя или более первичными ферроическими порядками:
- магнитный;
- сегнетоэлектрический;
- сегнетоэластичный;
- ферроторовый.
Перекрестная связь между этими мультиферроичными порядками привела бы к новым свойствам, таким как магнитоэлектрический эффект, который позволяет управлять магнетизмом, используя электрическое поле, или дистанционно управлять поляризацией, используя магнитное поле.
С момента своего открытия в 1960-х годах мультиферроичные материалы постоянно привлекают внимание, и, особенно с 2000-х гг, исследования по мультиферроикам быстро развиваются.
Наблюдение мультиферроичности при комнатной температуре в BiFeO3 - тонкие пленки стимулировали значительную исследовательскую активность в однофазных мультиферроиках. Наблюдение гигантского магнитоэлектрического эффекта (то есть большого изменения поляризации, вызванного магнитным полем) в мультиферроичных композиционных материалах также вызвало значительный интерес.
С достижениями в технологиях осаждения пленки мультиферроичные гетероструктуры стали актуальной темой, и в области управления электрическим полем при комнатной температуре магнетизма гетероструктур произошли замечательные изменения, которые вдохновили на разработку увлекательных концепций магнитоэлектрических устройств.
Однофазные мультиферроики показывают богатство, сложность и функциональность взаимодействующих степеней свободы (например, спин, заряд, орбиталь и решетка).
Единый сценарий о микроскопическом механизме пока не доступен, и физическое происхождение магнитоэлектрического эффекта может быть другим в однофазном мультиферроике.
В обзоре Dong et al. описана фундаментальная физика с теоретической точки зрения. Взяв в качестве примеров BiFeO3 (лучший мультиферроевый материал при комнатной температуре) и RMnO3 (R включает редкоземельные элементы и иттрий).
Song et al. рассмотрели динамику решетки и спина и их магнитоэлектрическую связь с точки зрения эксперимента и моделирования. До настоящего времени было найдено несколько семейств однофазных мультиферроиков.
В обзоре Lu et al. освещены последние достижения в области однофазных мультиферроиков и исследования новых материалов, таких как недавно появившиеся 2D-мультиферроики. По сравнению с однофазными мультиферроиками, мультиферроичные гетероструктуры обычно демонстрируют большую намагниченность, которую более эффективно контролировать с помощью электрического поля при комнатной температуре.
В соответствующем исследовании Hu et al. показаны некоторые стратегии для такого управления электрическим полем намагниченности в мультиферроичных гетероструктурах и его механизмы, текущие тенденции и будущие направления.
Реакция мультиферроичных материалов также осложняется доменными структурами на нано- и мезоскопическом уровне. Любое лучшее понимание таких доменных структур необходимо для обеспечения контроля мультиферроичных свойств. Этой теме посвящены две перспективы и два отзыва.
В перспективе Dong et al. демонстрирует интригующие топологические наноразмерные текстуры доменов / доменных стенок в однофазных мультиферроиках и способы понимания мультиферроичности путем рассмотрения нарушенных симметрий.
А вот Lu et al. выделяют возможность и проблемы в исследовании доменных структур и манипулирования мультиферроиками на наноуровне с помощью метода сканирующей зондовой микроскопии.
Не теряя общности, Huyan et al. показывает обзор структуры и свойств доменных границ в тонких пленках BiFeO3 . При использовании просвечивающей электронной микроскопии in-situ электрические свойства коррелируют с атомными структурами и динамическим поведением доменных стенок. Помимо этого, интригующие текстуры топологических доменов также могут появляться в ограниченных мультиферроичных наноструктурах, как обсуждалось в обзоре Tian et al. выделение последних достижений в области топологических доменных структур и магнитоэлектрического эффекта в ограниченных мультиферроичных наноструктурах.
С точки зрения фундаментальных исследований изучение мультиферроиков, безусловно, будет продолжать расти, поскольку комбинации и перестановки железистых материалов, поляризаций и взаимодействий бесконечно богаты и продуктивны.
Надо надеяться, что эта специальная тема может способствовать дальнейшему пониманию мультиферроиков и открытия материалов. И последнее, но не менее важное: реализовать практические применения мультиферроичных устройств все еще очень сложно, хотя с разных точек зрения были предложены захватывающие концепции устройств, основанные на мультиферроиках.
За пределами этого прогресса можно даже с оптимизмом смотреть на интеграцию мультиферроичности с возникающими явлениями в конденсированных средах в различных реальных и импульсных масштабах пространства, таких как топологические квантовые эффекты.
Если вам было интересно – ставьте лайк и подписывайтесь на мой канал!
