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项目年度编号
2000200092
中图分类号
TB64
成果公布年份
2020
成果简介
在磁有序体系中，自旋、电荷、轨道及晶格自由度之间相互耦合与竞争使得体系表现出诸多新奇而丰富的物理现象，成为当今物理学和材料科学的重要前沿热点。外场调制作为重要的研究手段，将通过与自旋、电荷和轨道等之间的相互作用，诱导出诸多新奇的物理效应，为发现可能的新现象与未来可能的新应用提供线索，因而在探索磁有序体系物理机制和新的可能应用方面发挥独特作用。自2003年以来，该项目在4项国家自然基金项目(11374204，10804072，10774097，10674092)及教育部科技研究重点项目(211055)等课题的资助下，系统研究了以钙钛矿氧化物和金属玻璃为代表的磁有序体系在磁场、温度及电场等外场诱导下的新奇效应和物理机制，主要科学发现如下：
(1)系统研究了锰钙钛矿氧化物体系磁场诱导的自旋关联散射与反常输运行为。首次给出了在磁有序体系中存在类Kondo散射的电阻最小行为，本质上发现了一种完全不同于传统稀磁合金中的逆Kondo效应问题，即当高度自旋极化的磁性氧化物中引入某种非磁性散射中心诱导磁对称性破缺情况下，在低温下出现反常的M-SC转变，证明了Kondo反常行为不仅存在于包含有自旋无序团簇的导电金属中，同样会出现在自旋高度极化的磁有序体系中。通过调制样品中自旋的无序度，给出了这种自旋无序散射的直接实验证据和自恰解释，对强关联体系物理机制的理解具有重要作用。
(2)系统研究了稀土钙钛矿铬氧化物体系磁场诱导下的反常磁性与磁电耦合效应。发现随温度降低在磁相变温度附近由Cr<sup>3+</sup>自旋反铁磁序导致体系出现的自旋重取向和磁化反转异常，国际上首次通过磁场诱导实验给出了RCrO<sub>3</sub>体系低温下磁电耦合效应的直接实验证据。同时，给出了由Yb<sup>3+</sup>基态双重态劈裂导致的Schottky反常的实验结果。为磁有序物理机制的理解，以及新型多铁性新体系的探索和磁电耦合效应物理机制的理解提供了新的实验证据。
(3)研究了弱交换作用合金体系的磁有序特征及磁场调制效应。定量给出了弱交换作用合金体系的交换作用场强度(远小于晶体合金的交换作用场强度)，发现体系居里温度随着外加磁场的增加而升高。体系具有良好的磁热性能，其磁热指标明显优于常见的磁制冷材料；证明了有序-无序竞争导致了弱交换作用和大磁熵效应。发现纳米晶合金的磁矩不符合Slater-Pauling曲线，获得了纳米晶合金体系的交流磁化机制，这有助于纳米晶材料高频磁化研究和应用。
5篇代表性论文被Phys.Rep.、Prog.Mater.Sci.、PNAS、Phys.Rev.B、Appl.Phys.Lett.、Acta Mater.、Chem.Mater.等总他引374次，单篇他引最高101次；SCI总他引289次，单篇SCI他引最高77次。同行引用学者包括国外的美国橡树岭国家实验室、日该国立材料科学研究所、德国IFW Dresden研究所、法国劳厄-朗之万研究所、英国牛津大学、美国加州大学伯克利分校、加拿大多伦多大学、西班牙马德里大学，以及国内的北京大学、清华大学和香港大学等单位著名学者，其中有都有为、沈保根、汪卫华、方岱宁和冯守华等中科院院士。
完成人
刘永生 徐燕 张金仓 曹世勋 朱燕艳
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