人工操控对称性及实现磁电效应的新途径

北京师范大学物理与天文学院张金星课题组与合作者以“Flexomagnetoelectric Effect in Sr2IrO4 Thin Films”为题在《物理评论快报》上发表学术成果，该研究发现了通向磁电效应的新途径。

对称性是凝聚态物理的重要基石。早在1972年，物理学家安德森就在More is different （Science, 1972, 177 (4047): 393-396）中提到凝聚态物质的研究既是对称性的研究。物质序参量的出现必然伴随着对称性的破缺。譬如，铁电性来自空间反演对称破缺，磁性必然伴随着时间反演对称破缺，二者的耦合可以获得磁电效应。自上世纪六十年代被发现以来，围绕磁电效应的研究不仅丰富了人们对凝聚态物理的认识，也为新一代信息技术（感、存、算等）的应用提供了全新的候选体系。然而，传统材料受限于自身固有结构，难以改变或控制其母体的对称性，导致磁电效应只能在有限材料中获得。因此，亟待找到全新的普适手段，来人工操控材料的对称性以及序参量，从而期待在更广泛的材料中实现磁电效应及其衍生的功能。

最近，北京师范大学与清华大学、瑞士保罗谢尔研究所、南京理工大学、兰州大学、北京理工大学、以及中科院高能所与强磁场中心等多家单位合作，在中心对称的强关联铱酸锶（Sr2IrO4）体系中，利用应力梯度的精准控制，实现了空间和时间反演对称性的人工操控，从而在实验上首次发现并验证了一种挠曲磁电效应（Flexomagnetoelectric effect）。该工作提供了材料对称性操控的普适手段，可在更广泛的材料中设计或创造铁性序参量和磁电效应，也为探索关联电子体系中的衍生量子现象提供了一种全新的途径。

相关成果近日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。北京师范大学2020届博士毕业生刘鑫（现为瑞士保罗谢尔研究所博士后）和南京理工大学胡婷为本论文的共同第一作者。北京师范大学张金星教授、清华大学南策文院士、南京理工大学阚二军教授和兰州大学贾成龙教授为本论文的共同通讯作者。瑞士保罗谢尔研究所黄诗雯博士、中科院高能所张玉骏博士、合肥强磁场中心盛志高研究员、北京理工大学洪家旺教授等对该工作提供了重要的实验和理论支持。该工作得到了国家杰出青年科学基金、基金委基础科学中心、科技部重点研发计划、北京市重点专题以及中央高校基本科研业务费等项目的资助。同时，也特别感谢北京同步辐射和瑞士光源对该工作的支持。

设计梯度应变实现空间和时间反演对称性的人工操控，从而提出了获得磁电效应的普适途径。