磁電耦合通常存在于多鐵性體系中，即鐵電有序性可以由磁場調(diào)控，同時（反）鐵磁有序性可以由電場來調(diào)控，因此這樣一個基本物理特性在多場調(diào)控、自旋電子學(xué)、傳感和能源等領(lǐng)域中具有重要的基礎(chǔ)研究意義和應(yīng)用價值。然而，由于自支撐多鐵性氧化物薄膜或二維體系的不穩(wěn)定性和易碎性，傳統(tǒng)方法極大地限制了相關(guān)的探測和研究，而使這些同時發(fā)生的電磁有序和耦合的表征、機制揭示及耦合效應(yīng)調(diào)控變得極具挑戰(zhàn)性。 X%T%N;P  
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中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心光物理重點實驗室金奎娟研究員、楊國楨院士課題組長期致力于利用光學(xué)二次諧波產(chǎn)生（Second Harmonic Generation, SHG）表征及探測，以揭示復(fù)雜氧化物薄膜的空間反演不對稱、極化耦合和鐵電有序演變等物理的研究。近年來，金奎娟研究員帶領(lǐng)研究生先后圍繞SHG探測異質(zhì)結(jié)表面和界面的空間對稱破缺【Science China Physics, Mechanics and Astronomy 56, 2370-2376 (2013)】，SHG探測氧化物鐵電薄膜的鐵電相態(tài)演變【Appl Phys Lett 112, 102904 (2018)】、具有超高熱電性能（與華中科技大學(xué)張光祖團隊合作）的ClO4分子的結(jié)構(gòu)對稱性破缺【Science Advances 7, eabe3068 (2021)】等方面開展研究。最近，又自主發(fā)展了寬溫區(qū)、高真空度、多氣體環(huán)境SHG光學(xué)探測平臺，與清華大學(xué)林元華教授和南策文院士團隊合作，原位實時探測了弛豫鐵電薄膜Sm-doped BiFeO3-BaTiO3中的極化耦合演變，發(fā)現(xiàn)并證實了具有超高儲能密度的超順電態(tài)【Science 374, 100-104 (2021)】。這些研究成果為發(fā)展更為先進的SHG方法研究多鐵體系中的磁電耦合打下基礎(chǔ)。 y[zjs^-vCv  
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最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心L03組的博士生徐帥與畢業(yè)生王潔素博士（現(xiàn)為北京量子信息科學(xué)研究院副研究員）在金奎娟研究員的指導(dǎo)下，使用脈沖激光沉積法制備了多鐵性的外延BiFeO3(BFO)薄膜和自支撐BFO薄膜,利用外加磁場的寬溫區(qū)SHG技術(shù)研究了多鐵性BFO薄膜中的磁電耦合效應(yīng)。系統(tǒng)地研究了不同應(yīng)力調(diào)控下BFO薄膜中鐵電有序和反鐵磁有序隨著外加磁場和溫度的演化,并與物理所白雪冬研究員課題組陳潘博士合作，利用透射電鏡給出了不同應(yīng)力調(diào)控下薄膜中鐵電序的演變。 lx7]rkWo|a  
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研究人員定義了一個光學(xué)磁電耦合常數(shù)——表示通過磁場控制多鐵性材料中光致非線性極化的能力。發(fā)現(xiàn)應(yīng)變釋放以后，自支撐BFO薄膜中光學(xué)磁電耦合常數(shù)的絕對值減小，并且反鐵磁有序和鐵電有序均被抑制。研究人員還發(fā)現(xiàn)，該光學(xué)磁電耦合常數(shù)在自支撐BFO薄膜中與在襯底上外延生長的薄膜中具有相同的量級，表明磁電耦合效應(yīng)對于應(yīng)變釋放具有魯棒性。研究人員還清晰地觀察到外延BFO薄膜中Néel溫度（反鐵磁-順磁轉(zhuǎn)變溫度點）為618 K的一級相變和自支撐BFO薄膜中飽和磁矩相較于外延BFO薄膜發(fā)生了約7倍的增強，后者主要歸因于與電子自旋-軌道耦合相關(guān)的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的變化。研究人員還發(fā)現(xiàn)自支撐BFO薄膜中強大的磁電耦合效應(yīng)在室溫下仍可以存在，預(yù)示著其未來在柔性多功能器件中的潛在應(yīng)用。以上研究表明展示了SHG方法原位無損探測自支撐等多鐵性薄膜或二維體系中鐵電及反鐵磁有序等物理性質(zhì)的靈敏性和有效性。 L#S|2L_hC  
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