多铁性材料中非多铁性环境下的多铁性畴壁成像

《Matter》：Imaging of a multiferroic domain wall in a non-multiferroic environment

本研究聚焦于解决多铁性材料中畴壁特性这一关键问题，通过在非多铁性环境下对镝铁酸盐（Dy0.7Tb0.3FeO3）的多铁性畴壁进行成像，揭示了其独特的磁化和极化特性，为多铁性物理和氧化物电子学领域提供了新见解，推动了低能耗存储和可重写电子学的发展。

　　多铁性材料因其独特的磁电相互作用而备受关注，但关于其畴壁特性的研究仍存在空白。本研究聚焦于镝铁酸盐（Dy_0.7Tb_0.3FeO₃），通过先进的光学技术揭示了其在非多铁性环境下存在的多铁性畴壁，这些畴壁展现出可调控的磁化和极化特性，为低能耗存储和可重写电子学开辟了新路径。研究结果发表在《Matter》上，为多铁性物理和氧化物电子学领域提供了重要见解。

研究背景

多铁性材料是一类具有共存磁性和电序的固体材料，其磁电相互作用为实现电压控制磁序提供了可能，有望避免使用高能耗的电流产生磁场。然而，目前对于多铁性材料的研究多集中于均匀条件下的单畴磁性和电序，而关于其畴壁特性的研究相对较少。畴壁是多铁性材料中不同取向的磁性或电性区域之间的边界，这些边界可能具有与体材料不同的特性，如增强的导电性甚至超导性，被认为可能是氧化物电子学的关键元素。因此，深入研究多铁性材料的畴壁特性对于开发新型电子器件具有重要意义。

研究方法

研究人员采用Faraday旋转显微镜（FRM）和二次谐波生成（SHG）技术，分别对镝铁酸盐（Dy_0.7Tb_0.3FeO₃）的磁化和极化进行空间分辨成像。通过光学去卷积处理，揭示了畴壁的稳定宽度、磁化和极化特性，并通过场极化实验观察到磁性和电性畴壁的反转现象。

研究结果

磁化特性

研究人员首先通过FRM技术对镝铁酸盐（Dy_0.7Tb_0.3FeO₃）的非多铁性相中的畴壁进行了成像。结果显示，这些畴壁具有与体材料不同的局部磁化特性。通过空间去卷积处理，研究人员发现这些磁化区域的宽度在低温下保持稳定，约为15.6微米，且在接近多铁性相转变温度（2.3 K）时，磁化区域开始扩展。这表明在非多铁性相中确实存在具有稳定磁化的畴壁。

极化特性

为了进一步验证这些磁化畴壁是否同时具有电极化特性，研究人员利用SHG技术对同一区域进行了成像。结果显示，在磁化畴壁的位置，SHG信号出现减弱，这表明这些畴壁不仅具有磁化，还伴随着电极化。这种磁化和极化的共存是多铁性材料的重要特征，表明这些畴壁可以被归类为多铁性畴壁。

畴壁的可调控性

研究人员还通过场极化实验观察到，这些多铁性畴壁的磁性和电性可以通过外部磁场和电场进行调控。在磁场作用下，畴壁的磁化方向可以发生反转，而在电场作用下，畴壁的极化方向也可以发生改变。这表明这些多铁性畴壁具有可调控性，为开发基于畴壁的新型电子器件提供了可能。

研究结论与讨论

本研究通过先进的光学技术揭示了镝铁酸盐（Dy_0.7Tb_0.3FeO₃）在非多铁性环境下存在的多铁性畴壁，这些畴壁展现出可调控的磁化和极化特性。这一发现不仅丰富了对多铁性材料畴壁特性的理解，还为开发低能耗存储和可重写电子学提供了新的思路。未来，研究人员可以进一步探索这些多铁性畴壁在不同条件下的特性，以及如何利用这些特性开发新型电子器件。