近期，江南大学纤维工程与装备技术学院青年教师陈星汉联合华中科技大学物理学院量子材料及其电子态调控团队、中山大学材料学院固态离子学实验室在磁性材料领域取得重要进展，相关成果以“Robust Spontaneous Exchange Bias Effect Driven by Field-induced Magnetic-phase Separation in Co₂Sn_1-xCr_xO₄”为题发表于国际权威期刊RARE METALS。文章第一作者为纤维工程与装备技术学院陈星汉讲师，通讯作者为华中科技大学袁松柳教授、中山大学孙洋教授、中山大学钱果裕副教授。

本研究针对磁相分离体系中交换偏置效应的调控机制展开系统性探索，首次在Co₂Sn_1-xCr_xO₄体系中观察到由场诱导磁相分离驱动的强稳健自发交换偏置效应。通过Cr³⁺离子掺杂调控Co₂SnO₄磁子晶格间的磁相互作用，成功实现自旋玻璃团簇向超铁磁相的场诱导相变，揭示了冷却场方向对交换偏置场极性调控的非对称性特征。研究团队创新性地将一阶反转磁化曲线（FORC）分析技术应用于起始磁化阶段，实验表明不同磁化历史下体系呈现显著的磁滞弛豫行为差异，为理解自发交换偏置效应的物理起源提供了关键实验证据。

该研究通过系统的磁化率测量、交流磁化率实验及磁滞回线分析，阐明Cr掺杂对体系磁子晶格间相互作用的调控规律。实验表明，随着Cr掺杂量增加，体系内磁相互作用逐渐由A/B磁子晶格间（氧四面体中心离子与氧八面体中心离子间）相互作用主导转向B磁子晶格（氧八面体中心离子）内部相互作用主导，低温下自旋玻璃态冻结行为逐渐向团簇玻璃态演变。特别值得关注的是，在负向冷却场条件下，体系仍能保持正向交换偏置的独特现象，这一发现突破了传统交换偏置理论框架。研究工作不仅揭示了单轴各向异性对交换偏置效应的重要影响，更为开发新型自旋电子器件提供了理论支撑和实践指导，对推动多相磁系统的深入研究具有重要科学意义。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s12598-024-03042-8

体现经历不同磁化历史的弛豫行为及相应唯象示意图