本方向结合前沿探索与潜在应用，发挥高压高温合成条件不可替代的研究优势，制备常规条件下不存在的新型磁电量子功能材料，包括磁电多铁性材料、高性能磁性半金属、高温磁性半导体、拓扑磁电材料等等，发现新现象与新效应，促进潜在的实际应用。

代表性工作：
B. W. Zhou et al., Physical Review Letters 130, 146101 (2023)more
Z. H. Liu et al., Advanced Materials 34, 2200626 (2022)more
G. X. Liu et al., Nature Communications 13, 2373 (2022)more
X. B. Ye et al., Nature Communications 12, 1917 (2021)more
L. Zhou et al., Advanced Materials 29, 1703435 (2017)more
X. Wang et al., Physical Review Letters 115, 087601 (2015)more
Y. W. Long et al., Nature 458, 60 (2009)more

单晶是研究材料本征物理性质及面向应用的最佳体系，大体积高压单晶生长是长期困扰研究人员的国际难题，本方向突破技术瓶颈发展国际领先的大体积高压单晶生长方法，制备新型磁电单晶材料并研究物质的内秉性能，利用功能晶体构筑可能的电子元器件。

代表性工作：
S. J. Qin et al., Chinese Physics B 31, 097503 (2022)more
S. J. Qin et al., Inorganic Chemistry 60, 6298 (2021)more
Y. X. Liu et al., Physical Review B 101, 144421 (2020)more
Y. W. Long et al., Journal of Physics: Condensed Matter 23, 245601 (2011)more

高压既是重要的材料制备方法，也是有效的性能调控方法，本方向通过原位高压压缩原子间距、增强轨道杂化、扩展能带宽度等方式，并结合温度、磁场、电场、光场等综合条件，研究多元外场调控下的新颖量子效应与新奇物态。

代表性工作：
Z. H. Liu et al., Journal of the American Chemical Society 142, 5731 (2020)more
J. Y. Yang et al., Physical Review B 92, 195147 (2015)more
J. Y. Yang et al., Inorganic Chemistry 54, 6433-6438 (2015)more
Y. W. Long et al., Chemistry of Materials 24, 2235 (2012)more

热胀冷缩是电子器件应用过程中需要避免但又普遍存在的问题，负热膨胀（即热缩冷胀）材料的出现为调控其热膨胀系数提供了解决方案。本方向立足于磁电相关负热膨胀材料基础与应用前沿，发挥本课题组高温高压合成优势，探索新型的热膨胀可控的磁、电、热多功能材料体系，阐明相关物理机制与潜在应用。

代表性工作：
H. T. Zhao et al., Small 20, 2305219 (2024)more
Z. Pan et al., ACS Applied Materials & Interfaces 14, 23610 (2022)more
Z. Pan et al., Chemistry of Materials 31, 6187 (2019)more
Z. Pan et al., Journal of the American Chemical Society 139, 14865 (2017)more

中子和X射线散射是研究磁性材料微观物性的前沿手段，依托中子源和同步辐射光源等大型科学装置，能够提供电子多自由度的相关信息。本方向利用多种中子和X射线散射手段，精细测量磁性材料的磁有序、电子轨道贡献和各类元激发，并据此确定体系的哈密顿量，从而有效探索其奇异物性的微观机理。

代表性工作：
Y. Shen et al., Nature 540, 534 (2016)more
Y. Shen et al., Physical Review X 13, 011021 (2023)more
Y. Shen et al., Physical Review Letters 129, 207201 (2022)more
Y. Shen et al., Nature Communications 10, 4530 (2019)more