动态多铁性，最新Nature!

1.【科学背景】

物质集体有序的出现是物理学中最基本和最有趣的现象之一，近年来，热力学平衡中难以获得的物质新有序态的动力学控制和创造受到了很大的关注。其中，动态多铁性的理论概念被用来描述在非铁磁材料中由于时间依赖电极化而产生的磁化现象，简单地说，是晶体中离子的相干旋转运动引起沿旋转轴的磁矩。例如，SrTiO₃（STO）是一种室温下具有立方钙钛矿结构的顺电抗磁性材料，它是一种探测电场驱动动力学的合适材料。然而，铁电模式对圆偏振、窄带、太赫兹脉冲的响应以及由动态多铁性引起的磁化潜在发生仍然未被探索。

2.【创新成果】

基于以上研究背景，瑞典斯德哥尔摩大学物理系S. Bonetti教授（通讯作者）等人尝试使用以3 THz为中心，带宽为0.5 THz的太赫兹脉冲进行研究，提供了SrTiO₃材料室温磁化的直接证据。这个发现，为磁的控制提供了一条新途径。相关研究成果以“Terahertz electric-field-driven dynamical multiferroicity in SrTiO₃”为题发表在最新Nature期刊上。

图1. 动态多铁性实验实施示意图。© 2024 Springer Nature

图2. 时间分辨克尔旋转的实验检测。© 2024 Springer Nature

图3. 克尔旋转对温度和场的依赖关系。© 2024 Springer Nature

图4. 动态多铁性的实验与模拟结果。© 2024 Springer Nature

3.【科学启迪】

该工作提出的动态多铁性室温实现对多种材料具有普适性，而其中的很多材料常被用作基底，因此有望实现界面磁性状态的驱动。也可以进一步扩展到二维材料，例如过渡金属硫化物。这些发现将促进在超快和原子尺度下对角动量转移微观理解的研究，有助于进一步探索和理解凝聚态物质中的有趣纠缠。并且，也为磁控制提供了一条新途径，例如通过光相干控制晶格振动来实现超快磁性开关。

原文详情：M. Basini, et al. Terahertz electric-field-driven dynamical multiferroicity in SrTiO₃, Nature (2024). https://www.nature.com/articles/s41586-024-07175-9。