期刊文章浏览系列之Physical Review Letters，搜集国人重点工作，聚焦PRL选手研究领域，供初入物理科研的老师同学了解前沿动态，找到自己科研的那道光。
Physical Review Letters Vol. 132, Iss. 8
本期期刊文章浏览系列视频推出的是美国物理学会的著名物理杂志Physical Review Letters第132卷第8期的浏览视频，该期杂志于2024年2月刊发，总共43篇文章。国内的研究机构作为通讯作者单位发表的文章总共12篇，各篇文章的分类信息详见下表。![]()
（如果需要上述全部文章链接，请在公众号里发送PRL132.8给我们）
本期的PRL选手是上海大学的任伟。他本科毕业于山西大学，硕士和博士毕业于香港大学，后曾在香港科技大学任博士后和美国阿肯色大学任研究助理教授。2012年回到上海大学担任教授博导，2014年9月主持成立上海大学量子与分子结构国际中心ICQMS并担任执行主任，曾获青年长江学者、上海市东方学者以及东方学者跟踪计划、启明星、曙光学者等荣誉，参与负责国家科技部青年973，主持国家自然科学基金面上项目（2项）以及上海市材料基因组工程等项目，并担任了Scientific Reports编委和Nature Materials、PRL等著名国际期刊的评审专家。他的研究领域包括纳米科技、凝聚态物理、电子材料和器件、钙钛矿和石墨烯、量子电子输运、第一性原理计算研究等，迄今共发表SCI论文200余篇（150篇通讯/第一作者），其中包括Science、Nature、Nature子刊、PRL（13篇）、JACS、Angew.、Nano Lett.、Adv. Mater.等一系列专业顶刊。
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任伟团队PRL历程 任伟的关键词之一是多铁材料。多铁是指一种单相体系同时具有铁弹，铁电或铁磁中的两种或以上属性的性质。在目前主流的研究体系中，大家一般默认同时具有铁磁（反铁磁）和铁电性+（反铁电）的体系即认为是多铁材料。多铁材料从某种意义上来说并不常见，因为在经典电磁学里，磁场不会改变铁电性（电极化方向），而电场也不会改变铁磁性（电子自旋），电和磁各自独立。2000年Nicola Ann Spaldin的文章提到这个概念的时候，题目是Why are there so few magnetic ferroelectrics? 但是从量子物理的角度出发，铁电与铁磁耦合将会产生磁电效应，即磁场可以控制材料的电极化，或者电场调控材料的磁性。2003年的时候，Nature杂志的Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures 和Science杂志的Magnetic control of ferroelectric polarization两篇文章的发表掀起了多铁研究的热潮， 前者发现了BiFeO3，后者发现了TbMnO3。通常BiFeO3类被称为常规多铁，TbMnO3类被称为非常规多铁体系，它们的主要区别是常规多铁体系中的磁有序和铁电极化的起源不同，因此磁电耦合较弱；非常规多铁体系的铁电极化一般起源其特殊的磁序，故磁电耦合很强。![]()
多铁材料发表文章的数目见证领域崛起（图片来自网络）
多铁材料具有非常重要的应用价值，究其原因是它在微观物性上打通了磁和电两个部分，就好比是压电材料打通了力和电两个部分。这给多铁材料带来在传感器、存储器、射频滤波器等诸多领域的广大应用前景。比如以存储器为例，我们现在的信息存储很大部分依赖的是巨磁阻效应，铁磁材料中的两个自旋方向的电子对应的电阻有很大的差别，则可以用磁矩方向来表征信息。但是生成和控制这些磁矩采用的方式都还是传统的电磁感应，给磁头内的线圈通不同方向的电流来控制局域磁场从而完成写入的功能。但是在信息时代，海量的数据使得这个过程的能耗非常的惊人，如果能够用电场，而不是电流来控制磁场，将大大提升能源利用效率。![]()
多铁材料的物理机制（图片来自网络）
多铁材料这个方向上由于存在非常丰富的物理内容，出现了大量计算的文章，其中任伟团队采用第一性原理计算的方法研究和预测材料属性，贡献了非常多的成果。比如他们在国际上首次报道了狄拉克和外尔电子结构共存的新奇拓扑半金属极化晶体材料(入选PRL2018编辑推荐)；原创地提出了钙钛矿氧化物反铁磁畴壁诱导非常规铁电极化的机制；预言了晶格应变工程对多铁材料铁电畴壁的物性调控（并被球差矫正电镜实验引用验证）等等。2022年，任伟老师在Nature上以一作发表了题为Topology turns the crank on magnetoelectric switch的文章，介绍了关于多铁性材料中关于拓扑性研究的最新进展。
近年来二维材料巨浪滔天，于是对多铁材料和其微观物理机制的探索自然而然地延伸到二维材料领域来。（不久前Nature杂志还刊发了一篇题为Giant chiral magnetoelectric oscillations in a van der Waals multiferroic的文章，我们前面介绍过的汤沛哲老师也是作者之一）在这个方向上任伟团队利用第一性原理计算，率先发现了双层过渡金属硫族化合物的滑移铁电现象，以及铁谷磁电耦合多铁性；解释了一系列二维极性材料的自旋轨道耦合和能谷极化，及其外电场和应变调控效应；他们还研究了过渡金属钒的卤化物VX2（X = Cl、Br、I）单层作为一类自旋手性驱动的范德华多铁材料，在施加垂直于单层的电场的情况下，一种自旋手性可以比另一种自旋手性构型稳定，从而实现自旋构型的电控制。![]()
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