【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】在电子设备中使用的材料通常被选择，因为它们具有特殊的磁性或特殊的电性能。然而一个使用中子散射的国际研究小组最近发现了一种兼有两者的稀有材料。在他们发表在《高级材料》杂志上的论文中，包括能源部(能源部)橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员在内的研究小组展示了这种独特的婚姻是如何在多铁材料BiMn3Cr4O12中实现的。许多材料只知道一个特性的磁性或电性质，或具有改变形状的能力，但是多铁元素包含这些属性的一些组合。Multiferroics通常分为两类：常规(type-1)和非常规(type-2)。传统的多铁主要由电力控制，与磁性的相互作用微弱。相反非常规的多铁是由磁性驱动的，并表现出强烈的电相互作用。
一种新发现的材料，称为BiMn3Cr4O12，由晶体结构表征，具有罕见的磁性和电性结合。箭头表示黄色和锰(Mn)中的元素铬(铬)在蓝色中的旋转力矩。研究这种材料的行为可以提高技术和信息存储方面的应用。图片版权：Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences/Youwen Long
ORNL研究员Huibo Cao说：发现了一个有趣的联合多铁性的例子，这意味着传统的和非常规的多铁性在相同的材料中发展了一个，多铁是如此理想的一个原因是它们的双重特性可以相互结合，例如提供电控磁性或磁性控制的电学特性。研究人员说，更好地理解这些多功能材料的行为方式可能会导致新设备信息存储和功率性能的显著提高。例如两种多铁结构优化组合的材料可以作为有效的开关、磁场传感器和存储设备。通过这种材料看到了超越典型的多铁应用范围的潜力，并对各种实际工程产生重大影响。这些见解也可以作为帮助研究人员开发包含这种混合属性的相似材料的基础。
ORNL研究员Stuart Calder说：这种稀有物质的存在，以及寻找其他物质的能力，为未来的研究和发展提供了新的令人兴奋的可能性。中子是研究这些材料磁性的最合适的探针，并提供了不同类型的多铁行为的区别。由于中子没有电荷，它们可以很容易地检查复杂样品环境中的晶体结构行为，例如压力细胞。与此同时具有自旋和像磁铁一样的行为能力，使它们成为研究磁性的理想对象。通过将样本暴露在不同的温度、磁场/电场和压力下，研究人员可以观察到原子结构和磁性材料对环境因素的反应以及相互之间的反应，从而进一步指导新材料的设计。
该研究小组在ORNL的高通量同位素反应堆(HFIR)中进行了中子散射测量，这是一个科学用户设施的能源部办公室。利用中子粉末衍射仪HFIR beamline HB-2A，他们确定了材料的磁结构与铁电极化的关系，这是原子单元中正电荷和负电荷之间的微小分离，构成了晶体结构。通过中子，我们可以看到这些磁性结构是如何被命令的，以便更好地理解不同类型的多铁，我们正开始解决围绕这些材料的一些谜团。
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参考：Advanced Materials
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：橡树岭国家实验室
编译：光量子
审校：博科园
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