本刊記者 王 翩

從事著一份熱點交叉學科的科研工作，開拓著一片新興的前沿科研領域，建立著一支逐漸強大的研究團隊，再加上一顆探索不息的熱忱之心，這就是海歸研究員孫陽回國幾年后目前的狀態(tài)。今天，讓我們帶著鼓勵和期待來走進多鐵性材料，來認識磁電里的乾坤；走進孫陽研究員，來了解這開拓中的征程。

關注熱點，開拓國內磁電耦合效應研究

2004年，孫陽完成美國的博士后學習后，在中科院物理所所長王恩哥的邀請和鼓勵下，入選了中科院“引進國外杰出人才計劃”，回到國內，加入到磁學國家重點實驗室，成為物理所最年輕的研究員之一?；貒?，他一方面繼續(xù)從事原來的研究方向，同時也在積極探尋新的研究領域。2004年，日本與美國科學家在一類鈣鈦礦氧化物中先后發(fā)現了多鐵性與磁電耦合效應，引起了國際上廣泛的關注，孫陽很快意識到這一發(fā)現的重要性，加上在研究生和博士后期間已經對鈣鈦礦復雜氧化物的磁電性質有過一定的研究基礎，因此，他決定把未來研究的重點逐漸轉移到多鐵性與磁電耦合效應這一新興領域。

多鐵性材料是指同時具有鐵電性、鐵磁性、鐵彈性三種有序現象中的兩者或全部的一類新型材料。其中磁電多鐵性材料是指同時具有鐵磁性和鐵電性、如果兩種有序不僅共存而且具有較強的磁電相互耦合，就可以實現用電場來控制材料的磁性質以及用磁場來改變材料的電學性質。雖然早在上世紀60年代，人們就發(fā)現了一些具有磁電耦合效應的材料，但是由于耦合系數非常小，沒有引起太多的關注。直到2004年前后，在鈣鈦礦錳氧化物中相繼發(fā)現了一系列具有強磁電耦合的新型多鐵性材料，從而掀起了多鐵性材料及磁電耦合效應的研究熱潮。短短幾年時間里，僅在國際頂級科技期刊上發(fā)表的相關研究論文就有上百篇。在近年的凝聚態(tài)物理和材料領域的重要國際學術會議上都設有多鐵性材料的專題。美國《Science》雜志在2007年度展望中，把多鐵性與磁電耦合效應列為未來最值得關注的七個研究領域之一。

“雖然多鐵性與磁電耦合效應的研究正成為凝聚態(tài)物理和材料科學的熱點，但是該領域仍然處于起始探索階段?！睂O陽這樣告訴記者。首先，從材料研究角度來看，目前已知的多鐵性材料絕大部分都是反鐵磁有序，并且磁有序溫度很低，耦合效應較弱，遠遠達不到實際應用的要求；其次，多鐵性的起源和磁電耦合的物理機制涉及到多種基本自由度的關聯耦合，是一個復雜的物理過程，對于不同的體系，由于晶體結構、磁結構、離子價態(tài)等的不同，其多鐵性的起源和磁電耦合機制可能完全不同；同時，磁電耦合導致的新的物理效應還有待于去認識和發(fā)現。因此，該領域無論是在新材料探索還是物理研究方面都有著巨大的發(fā)展空間。

奮發(fā)拼搏，譜寫多鐵性材料研究新篇章

根據鐵電性起源的不同，多鐵性材料可以分為不同的種類。研究伊始，孫陽選擇了電荷有序導致的多鐵性體系。很快，他和其他成員在電荷有序多鐵性材料的研究取得了一系列進展。首先，他們重點研究了電荷有序的RFe2O4化合物，發(fā)現了巨介電調諧效應、巨電致電阻效應、脈沖電場控制磁化強度等新的物理效應，并提出了電場驅動磁性馳豫的物理模型。此外，他們首次在實驗上驗證了一個重要的理論預言，證明了半摻雜電荷有序錳氧化物中存在多鐵性。這些研究結果相繼發(fā)表在美國物理學會出版的《應用物理快報》、《物理評論》等國際著名期刊上，并多次在國際學術會議上就多鐵性材料的研究做邀請報告和口頭報告。2010年12月在韓國舉辦的亞洲磁學聯盟國際會議上做了30分鐘的邀請報告，2010年9月在國際材料聯合會亞洲會議上做了25分鐘的分會邀請報告，2010年11月在美國舉行的第55屆磁學和磁性材料大會上做了15分鐘口頭報告。此外，孫陽還受邀在美國德克薩斯大學達拉斯分校自然科學學院做了1小時的專題講座(Physics Colloquium)?；谒陔姾捎行蚨噼F性材料與磁電效應的研究成績，美國新星科學出版社邀請其為學術專著《Ferroeletrics: New Research》撰寫其中的一章“Electronic Ferroelectricity and Magnetoelectric Effects in Charge Ordered Oxides”。

最近，孫陽等人又在其他新型多鐵性材料的研究中取得了重要進展，如發(fā)現了一類具有螺旋磁有序的六角鐵氧體材料，具有高溫下超靈敏的磁電效應，只需要施加幾十高斯的磁場就能控制電極化強度的大小和方向。其磁電耦合系數是目前已知單相材料中最高的之一。另外，他們最新的研究工作表明在一些有機材料中也存在著多鐵性與磁電耦合效應。

放眼未來，會當激起千層浪

2010年初，在磁學國家重點實驗室主任沈保根院士的支持下，孫陽研究員成立了一個全新的研究組，專注于多鐵性與磁電耦合效應的研究。目前，研究組已經從國外引進了兩名青年科研骨干，今后繼續(xù)通過引進國外優(yōu)秀的青年人才，圍繞新材料探索、物理效應研究、實驗技術發(fā)展三方面展開研究，有望在國內多鐵性領域打造一個具有特色的研究團隊，并期待形成一定的國際影響力。

孫陽研究員介紹說，目前已知的多鐵性材料主要是一些過渡金屬氧化物，未來他們將探索非氧化物的多鐵性材料，如硫化物，氮化物，甚至有機多鐵性材料，目標為發(fā)現幾種新型多鐵性體系，使多鐵性有序溫度能夠接近或達到室溫，表現出較強的耦合性能，并在發(fā)現新材料的基礎上，設計一些新型磁電功能器件。

多鐵性材料為基礎物理研究提供了豐富的素材。孫陽等人將研究不同多鐵性體系中磁電耦合的物理機制，包括靜態(tài)和動態(tài)的磁電耦合、磁電耦合下新的物理效應和物理規(guī)律。他們將利用中子散射技術研究多鐵性材料中復雜的磁結構和自旋關聯，通過與理論研究組合作，結合實驗結果，提出有效的磁電耦合微觀物理模型。

由于磁電耦合效應的實驗測量需要克服許多技術難題，目前還沒有商業(yè)化的實驗儀器來直接用于測量磁電耦合效應。因此，對磁電耦合效應的實驗研究必須通過自主研制測量儀器來實現。目前，孫陽等人正在自主研制建設一套多功能磁電耦合效應測量系統，可以進行寬溫區(qū)、寬頻域、強磁場下的各種磁電耦合效應的測量。

盡管在他一直謙虛地說自己還沒有做出什么突出的成績，但筆者認為，既然孫陽研究員鎖定了多鐵性材料以及磁電耦合效應這一研究方向，又充分具備了科研條件和人才優(yōu)勢，再加上不懈的努力、辛勤的耕耘，假以時日，必將在科研領域結出累累的碩果。