多鐵性與弱鐵磁性的關(guān)系.pdf

1、近年來(lái)，多鐵性與多鐵材料成為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域最熱門的課題之一。多鐵材料內(nèi)部鐵電序與磁序等序參量共存并且耦合，不僅在物理上表現(xiàn)出豐富而有趣的特性，而且在傳感、存儲(chǔ)、邏輯運(yùn)算和磁電控制等自旋電子學(xué)應(yīng)用方面展現(xiàn)出新奇而光明的前景。
　　 多鐵材料的體系十分龐雜，耦合機(jī)制也復(fù)雜多樣。在第一章中，我們介紹了多鐵性的物理內(nèi)涵和鐵電性與磁性聚合于單一體系的困難，并詳細(xì)羅列了幾種鐵電性與磁性成功共存的機(jī)制。在常規(guī)鐵電體中討論了獨(dú)立體系與

2、孤對(duì)電子導(dǎo)致鐵電性兩類，重點(diǎn)放在鐵磁性鐵電體BiMnO3和室溫多鐵材料BiFeO3上。非常規(guī)鐵電體的鐵電序與磁序具有共同的來(lái)源或原生的因果關(guān)系（比如磁性導(dǎo)致鐵電性），因此磁電耦合作用較強(qiáng)。幾何鐵電體中，鐵電性與磁性都與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變密切相關(guān)（六角YMnO3和HoMnO3）。電荷有序體系中，鐵電序起源于離子占位有序或相鄰離子成鍵有序(LuFe2O4，F(xiàn)e3O4)，RMn2O5的鐵電性則是電荷有序與交換伸縮效應(yīng)共同作用的結(jié)果。磁致鐵電體由于具有原

3、生的磁電因果關(guān)系而最受關(guān)注。螺旋自旋序?yàn)榉枪簿€磁序，導(dǎo)致的鐵電性在許多化合物中被發(fā)現(xiàn)，微觀機(jī)制有DM模型/自旋流模型和電流抵消模型。E型反鐵磁為共線磁序，鐵電性機(jī)制與交換伸縮有關(guān)。除了以上幾類，還有第四種基本鐵性——鐵旋性體系。該體系具有本征的磁電耦合，并表現(xiàn)出新穎的光學(xué)磁電效應(yīng)。多鐵材料的應(yīng)用，主要在磁場(chǎng)傳感器、電場(chǎng)調(diào)控交換偏置和多鐵隧道結(jié)實(shí)現(xiàn)四種邏輯態(tài)等方面作了簡(jiǎn)介。
　　 基于DM模型在多鐵研究中的重要地位以及DM相互作用

4、與弱鐵磁性的關(guān)系，我們選定多鐵性與弱鐵磁的關(guān)系作為研究課題。第二章詳細(xì)推導(dǎo)了弱鐵磁性的起源——DM相互作用，并選擇了弱鐵磁材料Ca3Mn2O7和LuFeO3作為研究對(duì)象。
　　 Ca3Mn2O7具有鐵電極化，由結(jié)構(gòu)畸變引起，其弱鐵磁性亦與結(jié)構(gòu)畸變相關(guān)。磁化-電場(chǎng)依賴關(guān)系的測(cè)量證實(shí)了Ca3Mn2O7的多鐵性。我們的討論比較成功的給出了單疇的微觀機(jī)制。對(duì)于多晶多疇，片面強(qiáng)調(diào)電場(chǎng)對(duì)極化的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)或拉伸效應(yīng)都不能完全解釋實(shí)驗(yàn)，須將二者綜

5、合起來(lái)考慮。另外，LuFeO3雖然和BiFeO3的結(jié)構(gòu)相同，和LuFe2O4的組分相同，但是卻沒(méi)有鐵電極化，也沒(méi)有多鐵性。結(jié)構(gòu)和磁性研究顯示其具有強(qiáng)各向異性和超高矯頑力，是一種超硬磁材料。
　　 回到我們的研究課題:多鐵性與弱鐵磁的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了我們最初關(guān)于鐵電弱鐵磁體具有磁電耦合的推斷。結(jié)構(gòu)畸變作為鐵電極化和弱鐵磁性的共同起源，帶來(lái)了強(qiáng)磁電耦合作用，為磁電調(diào)控提供了便利。雖然Ca3Mn2O7的磁轉(zhuǎn)變溫度與磁電耦合溫度都很低，