近日， 物理学院董帅教授课题组在磁电耦合领域理论研究中取得进展，相关成果以“Alterferroicity with seesaw-type magnetoelectricity”(具有跷跷板型磁电行为的变铁性)为题发表于《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)。
磁性、电极性统称为铁性，是固体物质的最本质物理属性之一，一直以来也是凝聚态物理的重要研究话题。从应用层面，磁性与电极性的耦合和交叉调控具有很高的价值，可用于构筑高速、节能、高集成度的信息器件。但磁性与电极性分别由不同的对称性所决定，因此在固体中静态条件下两者并无直接关联，甚至从量子起源上是互斥的。因此要实现本征的强磁电耦合效应颇具挑战。过往三十年的研究将希望寄托于多铁性材料，其中磁性与极性共存于同一相，因此存在实现高效磁电交叉调控功能的希望。但随着研究者对磁电物理和多铁性材料研究的深入，受限于磁电本身的不兼容与互斥性，多铁性材料仍然难以实现理想的磁电耦合目标。
董帅教授课题组长期从事磁性与电极性物理的研究。在深入探索了多铁性材料的物理机制后，他们从理论上预言了一类新型磁电性质—变铁性(alterferroicity)。变铁性材料不同于多铁性材料，其具有的磁性和电极性尽管处于同一材料当中但不共存于同一相，犹如一枚硬币的正面和反面，由此磁性与电极性互斥的矛盾得以解决。此外，变铁性这一性质，将会带来独特的“翘翘板”式的磁电耦合。基于第一性原理计算，他们预测了一类二维的过渡金属硫族化合物具备变铁性质。这一工作对丰富铁性材料家族以及磁电耦合机制的探索有着指导作用。
物理学院博士生王子文为论文的第一作者，董帅教授为通讯作者， 为唯一单位。该工作受到国家自然科学基金项目支持， 大数据计算中心提供了计算资源。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305197120
供稿：物理学院