研究目的
研究多铁性材料中磁性与电性之间的耦合效应及其在新器件中的应用潜力。
研究成果
非线性光学，特别是二次谐波产生（SHG），是研究多铁性材料中磁电耦合的有效工具。该技术能够观测铁性相及其畴之间的共存与关联，为开发受电压控制的新器件提供见解。
研究不足
该研究仅限于分析具有可访问磁相和电相的多铁性材料，以用于二次谐波产生。该技术的有效性取决于材料的对称特性。
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑 (2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 多铁性材料的非线性光学
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑 (2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 多铁性材料的非线性光学
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872480
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
多铁性材料（即同时具有长程磁有序和电有序的材料）因磁性与电性之间显著的耦合效应而备受关注——这种耦合效应可能成为新型器件的基础，在这类器件中，磁化强度可通过电压而非高能耗的电流驱动磁场来控制。要监测并调控磁电耦合效应，必须同步获取多铁性材料的磁相与电相信息，唯有如此才能研究磁畴结构与电畴空间关联及其对外加磁场/电场等扰动的响应特性。非线性光学技术尤其适用于此目的。
最基础的非线性光学过程是二次谐波产生（SHG，即材料中光波频率倍增效应）。该过程对对称性变化极为敏感：任何降低倍频介质对称性的因素都可能引发新的SHG信号。由于各类铁性有序都会降低点群对称性，SHG可作为无背景干扰的序参量探测手段。通常多铁性材料的磁有序与电有序会以不同方式改变对称性，从而产生特征各异的SHG信号分量，这些分量可通过偏振滤光片轻松分离。因此SHG能单次实验中同步观测铁性相及其畴结构的共存与关联，偏振相关的SHG光谱与成像技术由此成为分析多铁材料磁电关联的理想工具。
非线性光学在多铁性研究中的重要成果包括：
? 首次发现六方锰氧化物中反铁磁序与铁电序的耦合发生于畴壁而非畴内，该发现预见了当前对畴壁功能氧化物界面的研究热潮[1]
? TbMnO3材料中磁畴与电畴的耦合效应能跨越一级相变持续存在[2]
? 多铁畴图案反转现象：材料整体磁/电序参量方向反转但畴结构保持不变[3]
? 无需外加直流场，仅通过光照即可实现多铁畴态反转[4]
? 生长过程中利用SHG实时追踪多铁氧化物薄膜铁性有序相的形成过程[5]
上述实验均采用脉宽100飞秒或5纳秒的激光光源。该光源不仅能通过非线性光学监测多铁有序态，还可先利用强泵浦光束调控有序态并分析后续动力学过程。鉴于光学手段研究多铁材料的普适性及基于对称性检测铁性相方法的通用性，多铁性非线性光学领域预计将持续保持高速发展态势。
作者：
Manfred Fiebig
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