稀土錳氧化物中的熱導(dǎo)和電磁振子.pdf

1、多鐵性材料是指在一定溫區(qū)內(nèi)同時(shí)具有（反）鐵電序、（反）鐵磁序或鐵彈序的材料，最近還拓展到具有鐵性磁螺旋的體系。研究最為廣泛的是同時(shí)擁有電有序和磁有序的材料，而稀土錳氧化物RMnO3則是典型的此類多鐵體。當(dāng)R離子半徑較小時(shí)，RMnO3結(jié)晶成六角結(jié)構(gòu)（空間群為P63cm）：R離子半徑較大時(shí)，正交結(jié)構(gòu)（空間群為Pbnm）更穩(wěn)定。在六角相時(shí)，正負(fù)電荷的重心發(fā)生偏移，出現(xiàn)自發(fā)的鐵電有序，且鐵電有序與磁有序在低溫下共存，產(chǎn)生了本征磁電耦合效應(yīng)。在一

2、些具有正交結(jié)構(gòu)的錳氧化物中，則存在著更強(qiáng)的磁電耦合。這類材料的磁序呈現(xiàn)出螺旋結(jié)構(gòu)，由于改變坐標(biāo)的方向就會改變螺旋調(diào)制自旋的旋轉(zhuǎn)方向，所以在打破時(shí)間反演對稱的同時(shí)，這種磁序還打破了空間反演對稱，從而在對稱性上允許電極化的存在，這種電極化在TbMnO3和DyMnO3等材料中都已被發(fā)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用方面，磁電耦合對多鐵體磁電性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了重要的影響，使它在非失憶性存儲器、傳感器、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，是材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理

3、研究領(lǐng)域中的前沿課題。稀土錳氧化物也成為了將磁電效應(yīng)應(yīng)用于實(shí)際的候選材料之一。 本文對稀土錳氧化物的研究做了以下兩方面的工作： 1．六角錳氧化物中熱導(dǎo)性質(zhì)的研究。 六角錳氧化物的熱導(dǎo)已經(jīng)有了實(shí)驗(yàn)方面的進(jìn)展，但是由于晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，理論工作還很少。特別是磁電耦合會通過怎樣途徑影響熱導(dǎo)，還沒有得到充分的研究。在我們的工作中，采用了軟模理論和基于海森堡模型的平均場近似方法研究了磁電耦合對熱導(dǎo)的影響，發(fā)現(xiàn)這一影響最終體現(xiàn)

4、在了對德拜溫度的修正上。此外我們還考慮了聲子和磁振子共振相互作用，作為聲子散射機(jī)制之一，它最終影響了聲子的弛豫時(shí)間。在研究中我們發(fā)現(xiàn)，之前在熱傳輸研究中一直被人們忽視的光學(xué)聲子，在六角錳氧化物的熱導(dǎo)中也扮演著很重要的角色。最后對YMnO3的熱導(dǎo)率隨溫度的變化曲線進(jìn)行了擬合。我們的理論研究結(jié)果很好地解釋了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 2．RMnO3中電磁振子（electromagnon）的研究 在一些正交結(jié)構(gòu)的錳氧化物中，磁有序影響晶格調(diào)制

5、，從而產(chǎn)生電極化，這說明其中包含著很強(qiáng)的磁電耦合。在這類材料中，這種磁電耦合還有動態(tài)表現(xiàn)形式，即通過自旋振蕩和晶格振動的耦合，自旋波獲得了響應(yīng)交變電場的能力，從而出現(xiàn)了電激活的磁振子，也就是電磁振子。在我們的工作中，由靜態(tài)電極化與自旋間的關(guān)系P∝eij×（Si×sj）出發(fā)，全面分析了可能出現(xiàn)的動態(tài)耦合方式，除了得到已知的e||b⊥P耦合外，我們還獲得了選擇定則為e||b||P的耦合，從而解釋了擁有ab自旋螺旋平面的錳氧化物中的電磁振子。