磁電耦合效應(yīng)對磁性鐵電體的影響.pdf

1、磁性鐵電體材料是指在一定溫區(qū)內(nèi)同時(shí)具有鐵電(反鐵電)序和鐵磁(反鐵磁)序的材料。鐵電有序和磁有序的共存使其存在內(nèi)稟的磁電效應(yīng)(magnetoelectriceffect)，即鐵電有序產(chǎn)生的內(nèi)電場可以導(dǎo)致電子自旋重新分布而改變系統(tǒng)的磁學(xué)性質(zhì)，自旋有序漲落通過磁致伸縮效應(yīng)或可能的電一聲子相互作用導(dǎo)致鐵電弛豫和介電異常。實(shí)驗(yàn)上觀察到介電常數(shù)在磁相變溫度處的突變異常也就成為本征磁電耦合效應(yīng)存在的標(biāo)志。目前，主要在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物(RMn03

2、)、BiFe03和EuTi03材料中發(fā)現(xiàn)存在有磁電耦合效應(yīng)。因此對磁性鐵電體材料的磁電性質(zhì)，及鐵電和磁有序之間的耦合研究可以使我們預(yù)見這一類材料的介電性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)方面所展現(xiàn)的新的、有意義的特征：如通過磁(鐵電)相變的補(bǔ)償或外加磁(電)場而改變磁性鐵電體的鐵電(磁)性質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用方面，它為新型磁電和磁光器件，如非失憶性存儲器，門鐵電場效應(yīng)晶體管、磁電阻等方面提供了廣闊的潛在應(yīng)用前景。 本文對磁性鐵電體材料磁電耦合效應(yīng)的研究做了

3、以下三個(gè)方面的工作： 1．二次磁電耦合效應(yīng)和DM相互作用對六角錳氧化物疇壁的影響。 一般，只有當(dāng)磁性鐵電體的磁尼爾溫度TN接近其鐵電居里溫度TFE時(shí)，鐵電序參量和磁序參量才有磁電耦合效應(yīng)。但在六角錳氧化物RMn03中，其磁尼爾溫度TN要比鐵電居里溫度TFE小很多，可是當(dāng)溫度降低到尼爾溫度時(shí)，介電常數(shù)會(huì)有一個(gè)小而且明顯的介電異常，而且也觀察到鐵電疇壁和反鐵磁疇壁之間的耦合。這就很容易讓我們想到這其實(shí)是鐵電序參量和磁序參量耦

4、合的結(jié)果。通過考慮二次磁電耦合效應(yīng)和DM相互作用對六角錳氧化物疇壁的影響，以及由于鐵電疇壁和反鐵磁疇壁之間的移動(dòng)和箝位，可以來解釋這個(gè)尼爾溫度附近的介電異常。 2．外延BiFe03薄膜中鐵電性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)的厚度依賴。 實(shí)驗(yàn)上觀察到BiFe03薄膜的自發(fā)極化強(qiáng)度比體材料的要大一個(gè)數(shù)量級，而且一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是薄膜厚度依賴的飽和磁化強(qiáng)度和其高的磁電耦合系數(shù)。在我們的工作中，基于一般的Landau自由能函數(shù)并引入磁彈耦合和磁

5、電耦合效應(yīng)，通過考慮有效基底晶格參數(shù)(a)s，我們研究了BiFe03薄膜的鐵電性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明我們的理論結(jié)果和BiFe03薄膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在定量上是一致的。 3．外部機(jī)械承載對各向異性外延鐵電薄膜相圖和介電性質(zhì)的影響。 我們研究的是生長在厚正交基底上的單疇外延BaTiO3和PbTiO3薄膜，并且薄膜的表面施加了均勻的機(jī)械承載。一個(gè)唯象的Landau-Devonshine理論被用來描述應(yīng)力對生長在正交基底上的BaTi