SmFeO3 陶瓷磁性能的温度依赖性研究及其在低能耗器件中的潜在应用

　　本研究针对多铁性材料SmFeO3 (SFO)陶瓷的磁性与极性有序调控难题，通过系统分析温度依赖的磁化行为，发现其在10 kOe磁场下存在3.8 K的磁化反转交叉温度，揭示了Fe/Sm亚晶格磁贡献的竞争机制，为开发新型低能耗自旋电子器件提供了材料基础。

　　

在能源效率与微型化需求日益迫切的今天，多铁性材料因其同时具备铁电性与磁性的独特性质，成为新一代功能器件的热门候选。然而，如何在室温附近实现稳定的多铁性耦合仍是巨大挑战。稀土正铁氧体RFeO₃
家族中，SmFeO₃
(SFO)因其高达670 K的尼尔温度和450-480 K的自旋重取向特性备受关注，但其低温区磁化机制尤其是陶瓷形态下的行为尚不明确。

为探究这一问题，来自布巴内斯瓦尔材料科学研究所（现已关闭）的S.K. Das团队通过固相反应法制备SFO陶瓷样品，结合X射线衍射(XRD)和变温磁化测量，系统研究了其晶体结构与磁性能。《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表的这项研究揭示：在10 kOe磁场下，场冷却(FC)与零场冷却(ZFC)模式出现磁化反转现象，3.8 K的交叉温度源于Sm³⁺
与Fe³⁺
亚晶格磁矩的反平行耦合。

关键技术方法
采用传统固相反应法合成SmFeO₃
陶瓷，通过700°C/72h煅烧与1200°C/10h烧结获得致密样品。利用XRD（空间群Pbnm）进行晶体结构表征，变温磁化测量（4-350 K）结合FC/ZFC模式分析磁性能，辅以铁电测试探究多铁性耦合。

研究结果

1. 实验部分：确认样品为单相正交晶系（a=5.3992 ?, b=5.5895 ?, c=7.7063 ?），无杂相。
2. 结果与讨论：
   • 磁化曲线显示随磁场增强，Sm³⁺
     亚晶格在低温区（<50 K）贡献显著，与Fe³⁺
     磁矩竞争导致3.8 K处净磁化归零
   • 自旋重取向现象证实SFO存在从c轴到a轴的磁各向异性转变
3. 结论：首次在陶瓷形态SFO中观测到磁补偿温度，其源于稀土/过渡金属亚晶格的协同作用，为设计基于磁电耦合的低功耗器件提供新思路。

意义与展望
该研究不仅填补了SFO陶瓷低温磁学行为的认知空白，更通过精确调控亚晶格相互作用，为开发具有温度响应特性的自旋阀、磁存储器等器件开辟道路。特别是3.8 K的磁补偿点可作为新型量子器件的温度敏感开关，而陶瓷工艺的低成本优势有望加速其产业化进程。后续研究可进一步探索压力/电场对交叉温度的调控规律，推动多铁性材料走向实际应用。