《JACS》: MOF中的共振量子磁电耦合效应
更新日期：2016-02-05MOF材料因在清洁能源、催化、吸附、环保等方面具有重要的应用前景而受到广泛关注。近日，中国科学院物理研究所孙阳研究组在MOF材料的磁学研究中取得新进展，发现了一种全新的物理效应——共振量子磁电耦合效应。相关研究成果发表在1月27日出版的《美国化学会志》上（J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.5b12488）。
2014年，孙阳研究员和研究生田英等发现一种钙钛矿结构的MOF材料[(CH3)2NH2]Fe(HCOO)3具有自发的磁性相分离，即同时存在反铁磁有序相和孤立的单离子磁体，并在低温下表现出磁化强度共振量子隧穿行为（Phys. Rev. Lett., DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.017202）。进一步的研究发现，该Fe-MOF是一个多铁性材料，同时具有铁电有序和磁有序，并在磁有序温度（~19 K）以下表现出明显的磁电耦合效应。因此，该Fe-MOF成为一个独特的多铁性体系，同时具有磁化强度共振量子隧穿和磁电耦合效应，两者的结合可能会导致全新的物理效应。
该研究小组利用自主研制的多功能磁电耦合效应测量系统，精确测量了该Fe-MOF在2 K下的磁电耦合效应。实验结果显示，在发生磁化强度共振量子隧穿时，磁介电行为出现了异常的尖峰，表明磁性的共振量子隧穿可以通过磁电耦合在电学性质上体现出来。孙阳研究员将这一物理效应命名为共振量子磁电耦合效应（resonant quantum magnetoelectric effect），并基于角动量守恒原理对其微观物理机制做了定性的解释。这一发现首次将磁化强度共振量子隧穿与磁电耦合效应结合起来，利用该共振效应，只需简单地测量磁场下的介电行为，就可以探测磁化强度共振量子隧穿，为未来磁化强度共振量子隧穿的实际应用奠定了物理基础。
图1 金属-有机骨架[(CH3)2NH2]Fe(HCOO)3的晶体结构
图2 金属-有机骨架[(CH3)2NH2]Fe(HCOO)3的共振量子磁电耦合效应
（来源：中科院物理所）
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