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　　常規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3d-5d磁關聯，則需要較小的B-O-B'的鍵角。為了達到這一目的，需要A位放入小尺寸離子，這勢必使容忍因子嚴重偏離理想值1，這樣的結構難以用常規條件制備。高壓是研制具備特殊性能新材料的重要技術手段，高壓高溫合成技術可以穩定鈣鈦礦中的結構畸變，拓寬容忍因子范圍。同時高壓在自然界廣泛存在，研究高壓新物態是認識自然界實體物質的重要前提。中國科學院物理研究所靳常青團隊長期開展類鈣鈦礦功能新材料的高壓研制，通過高壓技術創新，設計并研制發現了多種含有鈣鈦礦結構基元的量子功能新材料。

　　近期，該團隊研究人員在高壓合成的B位有序雙鈣鈦礦結構功能材料研究上取得重要進展。磁交換偏執效應在自旋電子學領域有著廣泛的應用，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），這顯然對實際應該非常不利。研究人員運用高壓技術成功研制了B位有序雙鈣鈦礦新材料Y2NiIrO6，該材料在192K發生亞鐵磁轉變，在170K以下表現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）產生的，因此產生機制必然與傳統的磁交換偏置效應不同。他們利用中子衍射和x射線磁圓二色（XMCD）確認了Ni2+-Ir4+磁矩的長程亞鐵磁有序，XMCD進一步觀察到Ir4+的強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，但是低溫下已經形成的磁疇在±3T的外磁場內均不發生明顯改變，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生移動。需要說明的是，Y2NiIrO6中的VMS效應并不能用小回線現象來解釋：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及其誘發的交換偏置場。結合中子衍射精修得到的準確IrO6八面體構型，他們認為壓縮的八面體使Ir的軌道磁矩更傾向于沿最短的Ir-O鍵長排列，這種晶格-軌道間的耦合由強自旋軌道耦合、Ir-Ni間的強反鐵磁關聯放大，最終產生了巨大的磁各向異性，導致了疇壁的釘扎。

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

圖1 期刊首頁

圖2 Y2NiIrO6的晶體結構，磁化率-溫度曲線以及磁結構

圖3 5K時不同冷卻場中Y2NiIrO6的磁滯回線，以及VMS和交換偏執場與冷卻場的對應曲線

圖4 零場冷后1.6K的溫度下，Y2NiIrO6分別在0T，2.5T和7T的疇結構。綠色，藍色，紅色分別表示零磁，正磁矩和負磁矩