近日，东南大学物理学院董帅教授、张骏杰副研究员团队在变铁性材料物理方面取得进展，相关研究成果以“Landau theory description of autferroicity”为题发表在物理学领域知名刊物Physical Review Letters上。
磁性与电极性是固体物质最基本且关键的物理属性之一，也是功能材料的重要物性之一。磁与电两者的耦合行为具有重要的科学价值和应用前景。前期研究者提出了“多铁性”，将磁性与电极性纳入同一单相材料中，以期实现磁电耦合。然而，由于二者无论是在宏观对称性属性，抑或量子层次微观机制，均表现兼容性，因此传统材料在实现强磁电耦合方面长期面临瓶颈。针对这一挑战，董帅教授团队提出了“变铁性”概念[PNAS 120, e2305197120 (2023)]，其主要特点在于磁性与电极性分属同一体系中的同相，表现出类似“跷跷板”式的磁电耦合方式，从而在本质利用了两者的物理互斥来实现磁电耦合效应。
为了更加深入理解变铁性材料的物理机制，研究团队构建了一个基于经典朗道理论的宏观普适模型，实现了对单铁性、多铁性与变铁性三种铁性状态的统一理论描述。根据该理论，变铁性天然具备比多铁性更强的磁电耦合。该理论不仅揭示了变铁性材料中的强磁电耦合机理及其相变行为，也为后续新材料设计和性能调控提供了理论依据。该理论模型的适用性进一步得到了第一性原理的证明。该研究成果不仅拓展了铁性材料的理论范畴，也为未来实验验证提供了重要指引。
本文第一作者为东南大学物理学院张骏杰副研究员，董帅教授和美国莱斯大学Boris Yakobson教授为共同通讯作者，东南大学物理学院为第一单位。该工作受到国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金、东南大学量子材料与信息器件教育部重点实验室、东南大学学科交叉青年特支计划以及东南大学大数据计算中心的计算资源支持。
论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.134.216801