磁电耦合一般存在于多铁性体系中，即铁电有序性可以由磁场调控，同时（反）铁磁有序性可以由电场来调控，因而这样一个基本数学特点在多场调控、自旋电子学、传感和能源等领域中具有重要的基础研究意义和应用价值。但是，因为自支撑多铁性氧化物薄膜或二维体系的不稳定性和易碎性凝聚态物理英语，传统方式极大地限制了相关的侦测和研究，而使那些同时发生的电磁有序和耦合的表征、机制阐明及耦合效应调控显得极具挑战性。
中国科大学数学研究所/上海汇聚态化学国家研究中心光化学重点实验室金奎娟研究员、杨国桢教授课题组常年旨在于借助光学二次纹波形成（,SHG）表征及侦测，以阐明复杂氧化物薄膜的空间反演不对称、极化耦合和铁电有序变迁等化学的研究。近些年来凝聚态物理英语，金奎娟研究员率领研究生先后围绕SHG侦测异质结表面和界面的空间对称破缺【China,and56,2370-2376(2013)】，SHG侦测氧化物铁电薄膜的铁电相态演化【ApplPhysLett112,(2018)】、具有超高热电性能（与华北科技学院张光祖团队合作）的ClO4分子的结构对称性破缺【7,(2021)】等方面举办研究。近来，又自主发展了宽温区、高真空度、多二氧化碳环境SHG光学侦测平台，与复旦学院林元华院士和南策文教授团队合作，原位实时侦测了弛豫铁电薄膜Sm-doped-中的极化耦合变迁，发觉并否认了具有超高储能密度的超顺电态【374,100-104(2021)】。那些研究成果为发展更为先进的SHG方式研究多铁体系中的磁电耦合打下基础。
近来，中国科大学数学研究所/上海汇聚态化学国家研究中心L03组的博士生徐帅与结业生王洁素博士（现为上海量子信息科学研究院副研究员）在金奎娟研究员的指导下，使用脉冲激光沉积法制备了多铁性的外延(BFO)薄膜和自支撑BFO薄膜,借助外加磁场的宽温区SHG技术研究了多铁性BFO薄膜中的磁电耦合效应。系统地研究了不同挠度调控下BFO薄膜铁建电有序和反铁磁有序随着外加磁场和湿度的演进,并与数学所白雪冬研究员课题组陈潘博士合作，借助透射电镜给出了不同挠度调控下薄膜铁建电序的演化。
研究人员定义了一个光学磁电耦合常数——表示通过磁场控制多铁性材料中光致非线性极化的能力。发觉应变释放之后，自支撑BFO薄膜中光学磁电耦合常数的绝对值降低，但是反铁磁有序和铁电有序均被抑制。研究人员还发觉，该光学磁电耦合常数在自支撑BFO薄膜中与在衬底上外延生长的薄膜中具有相同的量级，表明磁电耦合效应对于应变释放具有鲁棒性。研究人员偿还晰地观察到外延BFO薄膜中Néel气温（反铁磁-顺磁转变体温点）为618K的一级相变和自支撑BFO薄膜中饱和磁矩相较于外延BFO薄膜发生了约7倍的提高，前者主要归因于与电子载流子-轨道耦合相关的-互相作用的变化。研究人员还发觉自支撑BFO薄膜中强悍的磁电耦合效应在温度下仍可以存在，喻示着其未来在柔性多功能元件中的潜在应用。以上研究表明展示了SHG方式原位无损侦测自支撑等多铁性薄膜或二维体系铁建电及反铁磁有序等化学性质的灵敏性和有效性。。
本研究的相关内容以“inby”为题，于2023年4月20日在线发表在上。化学所博士生徐帅与上海量子信息科学研究院的王洁素副研究员，以及化学所的博士后陈潘(现为化学所副研究员)为共同第一作者，化学所金奎娟研究员为通信作者。主要合作者包括上海量子信息科学研究院的常凯研究员，数学所的白雪冬研究员，上海学院的许秀来院士，数学所的王灿、郭尔佳、葛琛等研究人员。该工作得到了国家重点研制计划、国家自然科学基金等项目的支持。
相关工作链接：
图1.自支撑BFO薄膜的制备及铁电性能表征
图2.宽温区(各向异性)SHG和外加磁场(H)的各向异性SHG测试
图3.M-H和外加磁场的SHG测试