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多鐵性物質作為一種新型多功能的量子材料，在自旋電子學和信息科學領域有著廣闊的潛在應用前景。實現鐵電性和磁性互相耦合調控，將有助于實現磁電開關以及存儲等器件小型化和集成化。近年來，REMn2O5（RE為稀土元素）這一體系在磁場作用下表現出新奇的電極化效應激發了廣大國內外研究者的興趣。本文中，任偉教授評述了Ponet等人在GdMn2O5單晶中提出的一種由拓撲狀態保護的類似“曲軸（crankshaft）”的磁電開關及其模型解釋。他們在單晶GdMn2O5中標記出兩種不同的Mn離子反鐵磁序鏈，僅當施加外磁場與GdMn2O5晶體軸夾角為正負10°左右的“神奇”角度（magic angle魔角）時，可實現1-4四種電極化狀態切換（圖1）。此時，隨著掃描兩個周期外磁場強度的增減變化，一種Mn的自旋方向僅在90°往復切換，另一種Mn的自旋將發生360°轉動。這種效果類似于機械工程中 “曲軸（crankshaft）”的驅動方式，線性增減變化的外部磁場相當于“活塞（piston）”運動，Mn鏈相當于“傳動軸（driveshaft）”，從而驅動自旋序的四種狀態轉變，實現磁場對鐵電性的量子調控。

上海大學任偉教授在多鐵量子材料領域舉辦了一系列相關學術活動，例如2019年1月，國家自然科學基金委與金磚國家科技創新框架計劃合作研究“多鐵材料的電學和磁學性質”重點項目啟動會（NSFC-BRICS STI Framework Programme Meeting on Electronic and magnetic properties of multiferroic materials）在上海大學成功召開。上海大學任偉教授、俄羅斯莫斯科大學Alexander Pyatakov教授和印度尼赫魯高等科學研究中心A. Sundaresan教授獲得各自國家基金支持，共同主持開展和加強金磚國家科學工作者之間的交流與合作項目。早在2016年10月，上海大學量子中心還組織了第八屆亞太理論物理中心APCTP多鐵材料國際研討會。APCTP多鐵材料國際研討會自2008年開始在全球各地舉辦，2016年第八屆研討會由上海代表中國承辦該國際會議，為推動上海大學在多鐵材料及量子科技方面的研究發展做出了貢獻。

論文鏈接：

Nature 607, 34-36 (2022)

https://www.nature.com/articles/d41586-022-01786-w 

Nature 607, 81-85 (2022)

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04851-6 

參考資料：https://www.scicol.shu.edu.cn/info/1008/10165.htm