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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）（图1）。研究者利用脉冲激光沉积技术，从原子尺度精准控制Sr2IrO4薄膜厚度，在该薄膜体系成功引入了应力梯度（Strain gradient）（图2a）。通过磁学和电学性质表征，发现在具有显著应力梯度的Sr2IrO4薄膜中，表现出异于块体Sr2IrO4的面外磁矩（图2b）和新奇的介电转变（图2c）。进一步研究表明，介电转变后的极性序和自旋序具有强耦合效应（图2d），从而实现了挠曲磁电效应。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。
图1 设计梯度应变实现空间和时间反演对称性的人工操控，从而提出获得磁电效应的普适途径。
图2 （a）精准控制Sr2IrO4薄膜厚度设计应力梯度，插图：应力梯度示意图。图（b）应力梯度操控时间反演对称性，产生面外磁矩。图（c）应力梯度操控空间反演对称性，产生极性序。图（d）应力梯度实现磁电耦合效应。
相关成果以“Flexomagnetoelectric Effect in Sr2IrO4 Thin Films”为题在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。
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156505
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