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关联系统电荷/轨道序研究的新进展
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--新型电子型铁电体LuFe2O4中的电荷条纹相 近日，中科院物理研究所先进材料与结构分析实验室李建奇研究员领导的研究小组，在新型电子型铁电体-LuFe2O4 体系电荷有序及自发极化机理研究中取得最新进展。他们通过原位低温TEM观察发现LuFe2O4低温基态存在规则电荷条纹相；其对应的电荷密度波具有非正弦波的特性，是该体系铁电自发极化的根源。该结果发表在2007年6月15日的美国《物理评论快报》上 (Phys. Rev. Lett. 98 (2007)247602)。 电子型铁电体是一种在机理上有别于传统铁电材料的新型铁电体，在传统铁电体中，自发极化来源于每个晶胞中正负电中心的相对位移，所形成电偶极矩。然而，在新型电子型铁电体中的极化效应是电荷序状态的直接结果。这种新型铁电体系还表现出重要的磁、电和轨道耦合效应，在研制可控性多功能微电子器件方面具有广阔的应用前景。 在近期的研究中，RFe2O4结构类型化合物的铁电性能受到了广泛的关注，这一层状结构体系具有奇异的介电性能，其基本面内存在电荷和自旋的双重阻挫，Fe的平均价态为2.5，这些基本特点是产生丰富的物理性能的根源。这类铁电体中的极化效应是由电子强关联产生的电荷有序引起，但其基态电荷有序和自发极化的基本结构特性一直存在很大争议。 中科院物理研究所李建奇研究组多年来一直从事关联系统的电荷/轨道有序化的实验研究，涉及多种重要物理系统，例如，高温超导体的多种条纹相，巨磁阻Mn-氧化物系统的轨道有序化，在PRL ，PRB等国际期刊上发表十多篇相关论文。近期，他们课题小组的张颖，杨槐馨等人利用低温原位电子显微镜技术系统研究了LuFe2O4随着温度的变化，发现这种材料在550K到20K之间经历一系列的电荷有序相变过程。首次确定了系统的三维电荷序基态结构特性，该基态包含两个和电荷序有关的调制q1＝1/3(116) 和q2=q1/10+(003/2)； 特别是强度较大的q1调制波，是该体系铁电自发极化的根源，它对应于一个非正弦的电荷密度波。研究发现，该体系随温度变化可以出现短程序，孪晶，及铁电畴的演变等丰富结构现象，在文中也有详细报导。 该工作得到了国家自然科学基金委，中国科学院和科技部973项目的资助。 |
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