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过渡金属钙钛矿氧化物表现出丰富的物理性质，为凝聚态物理和材料科学的研究提供了一个广阔的舞台。简单钙钛矿具有abo3构型，若将b位放入两种金属离子，则会衍生出b位有序钙钛矿a2bb'o6。在后者中，两种过渡金属离子间将产生b-b/b'-b'/b-b'等多重磁关联，他们间的竞争将诱发丰富磁电性能。如果同时将高、低轨道d电子的过渡金属元素填入b位，例如3d(b)-5d(b')的组合，由于同时具有强关联效应和强自旋轨道耦合，将诱发出多铁性，轨道有序，半金属性等诸多奇异的物理性质。

　　常规条件制备的钙钛矿材料由于容忍因子（t因子）的限制，决定了b-o-b'的键角总是接近180°，而这想要获得较强3d-5d磁关联，则需要较小的b-o-b'的键角。为了达到这一目的，需要a位放入小尺寸离子，这势必使容忍因子严重偏离理想值1，这样的结构难以用常规条件制备。高压是研制具备特殊性能新材料的重要技术手段，高压高温合成技术可以稳定钙钛矿中的结构畸变，拓宽容忍因子范围。同时高压在自然界广泛存在，研究高压新物态是认识自然界实体物质的重要前提。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件实验室ex5组靳常青团队长期开展类钙钛矿功能新材料的高压研制，通过高压技术创新，设计并研制发现了多种含有钙钛矿结构基元的量子功能新材料(nature 375, 301(1995)；prb 61, 778 (2000)；pnas 105, 7115(2008)；；chem. mater. 30, 7047 (2018)；pnas 116, 12156 (2019)；angew. chem. 59, 8240 (2020)；nat. commun. 12, 747 (2021)；chem. mater. 34, 97 (2022))。

　　近期，靳常青、邓正团队在高压合成的b位有序双钙钛矿结构功能材料研究上取得重要进展。磁交换偏执效应在自旋电子学领域有着广泛的应用，对一般的磁交换偏置材料而言，交换偏置场往往需要较大的冷却场（103高斯以上），这显然对实际应该非常不利。邓正副研究员与李文敏博士运用高压技术成功研制了b位有序双钙钛矿新材料y2niiro6，该材料在192k发生亚铁磁转变，在170k以下表现出明显的磁交换偏置。低温下，仅需15高斯的冷却场（cooling field）就可以诱导1.1t的交换偏置场，如此低的冷却场在目前已知的材料中是非常罕见的。需要说明的是，这一交换偏置场是由磁滞回线在纵向上的移动（vms效应）产生的，因此产生机制必然与传统的磁交换偏置效应不同。他们利用中子衍射和x射线磁圆二色（xmcd）确认了ni2 -ir4 磁矩的长程亚铁磁有序，xmcd进一步观察到ir4 的强自旋轨道耦合及明确的轨道序。磁力显微镜（mfm）观察到磁畴奇异行为：施加较小的冷却场就可以显著改变磁畴的状态，但是低温下已经形成的磁畴在±3t的外磁场内均不发生明显改变，部分畴壁甚至在±7t的磁场变化中能够得以保持。正是这种被“钉”住的畴壁让磁滞回线在纵向上的产生移动。需要说明的是，y2niiro6中的vms效应并不能用小回线现象来解释：在略高的温度下，磁滞回线能够在±7t的磁场中饱和，但是仍然能够观察到明显的vms及其诱发的交换偏置场。结合中子衍射精修得到的准确iro6八面体构型，他们认为压缩的八面体使ir的轨道磁矩更倾向于沿最短的ir-o键长排列，这种晶格-轨道间的耦合由强自旋轨道耦合、ir-ni间的强反铁磁关联放大，最终产生了巨大的磁各向异性，导致了畴壁的钉扎。

　　具有极低冷却场及大交换偏置效应的y2niiro6将能提高自旋阀这类关键自旋电子学器件的灵敏度和稳定性，同时由于其极高的磁畴灵敏度，也在低场探测领域有着巨大应用潜力。相关研究成果以“giant exchange bias-like effect at low cooling fields induced by pinned magnetic domains in y2niiro6 double perovskite”为题，作为亚博电竞网首页插图文章（frontispiece），于2023年4月26日在advanced materials上发表。本研究工作获得了美国rutgers大学greenblatt教授、德国马普所z.w.hu教授、物理所何伦华研究员、胡凤霞研究员、孙继荣研究员、张颖研究员、刘恩克研究员等多个团队的密切合作。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、北京市科委和中科院青促会等项目的支持。

图1. 本工作被选为advanced materials亚博电竞网首页插图文章

图2. y2niiro6的晶体结构，磁化率-温度曲线以及磁结构

图3. 5k时不同冷却场中y2niiro6的磁滞回线，以及vms和交换偏执场与冷却场的对应曲线

图4. 零场冷后1.6k的温度下，y2niiro6分别在0t，2.5t和7t的畴结构。绿色，蓝色，红色分别表示零磁，正磁矩和负磁矩

  文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209759