M08:超常规磁电量子功能材料与物理

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研究方向

研究方向简介:

      电子具有电荷、自旋、轨道等三个重要自由度。如何把电荷与自旋属性耦合到同一单相材料中,形成磁场及电场可调控的磁电耦合多功能材料,是研制未来先进电子器件的关键。由于常压下能够形成的材料体系是有限的,为获得重大进展,本课题组致力于突破常规材料制备限制,发展国际领先的高压高温等超常规制备方法,通过设计特殊晶体结构与过渡金属离子组合,研制常规条件下不能形成的新型磁电热多功能材料,透彻研究新材料的结构与综合物理性质,发掘内在的结构-性能关系,为面向应用的多功能耦合电子器件的研究提供潜在材料基础。

具体研究方向如下:

1. 新型磁电量子功能材料的高压制备与物性研究

      本方向结合前沿探索与潜在应用,发挥高压高温合成条件不可替代的研究优势,制备常规条件下不存在的新型磁电量子功能材料,包括磁电多铁性材料、高性能磁性半金属、高温磁性半导体、拓扑磁电材料等等,发现新现象与新效应,促进潜在的实际应用。

2. 大体积磁电单晶材料的高压生长与物理

      单晶是研究材料本征物理性质及面向应用的最佳体系,大体积高压单晶生长是长期困扰研究人员的国际难题,本方向突破技术瓶颈发展国际领先的大体积高压单晶生长方法,制备新型磁电单晶材料并研究物质的内秉性能,利用功能晶体构筑可能的电子元器件。

3. 新奇电子态化合物的多场调控

      高压既是重要的材料制备方法,也是有效的性能调控方法,本方向通过原位高压压缩原子间距、增强轨道杂化、扩展能带宽度等方式,并结合温度、磁场、电场、光场等综合条件,研究多元外场调控下的新颖量子效应与新奇物态。

4. 负热膨胀新材料探索、调控与机理

      热胀冷缩是电子器件应用过程中需要避免但又普遍存在的问题,负热膨胀(即热缩冷胀)材料的出现为调控其热膨胀系数提供了解决方案。本方向立足于磁电相关负热膨胀材料基础与应用前沿,发挥本课题组高温高压合成优势,探索新型的热膨胀可控的磁、电、热多功能材料体系,阐明相关物理机制与潜在应用。