多鐵材料以及Mott絕緣體中的磁電耦合效應.pdf

1、多鐵材料是指同時存在鐵電性和磁性的材料，而且在多鐵材料中存在電極化強度和磁化強度兩個序參量之間的磁電耦合。在最近發(fā)現(xiàn)的很多材料中存在的這種奇特的交叉耦合，在磁電耦合的起源的基礎研究和多鐵材料的潛在的在器件應用方面的研究上，都已經(jīng)引起了很大反響。多鐵材料的優(yōu)勢在于，我們可以通過磁場控制材料的鐵電性以及通過電場控制材料的磁性。近十多年來，關(guān)于自旋誘導鐵電性的多鐵方面的理論和實驗研究層出不窮。自旋誘導的鐵電性材料是指，該材料中的空間反演對稱性

2、是由材料中的磁序所破缺的。而且最近剛剛發(fā)現(xiàn)的鐵軸多鐵材料中，磁電耦合的起源是現(xiàn)有的很多微觀機制所不能解釋的。另一方面，近期的研究表明在Mott絕緣體中，盡管電荷自由度被很大程度上的抑制了，但是電荷的非局域性還是存在的。Mott絕緣體中，電荷的非局域性會導致電偶極矩的出現(xiàn)。在本論文中，我們主要進行了下面兩個方面的研究:過渡金屬的八面體配體旋轉(zhuǎn)對于在多鐵材料中的電極化的影響，以及在阻挫的Mott絕緣體中自旋軌道耦合對于材料中電偶極矩的影響。

3、首先在第一章，我們回顧了多鐵材料和阻挫的Mott絕緣體中磁電耦合的起源，以及多鐵材料潛在的工業(yè)應用。
　　在第二章中，我們研究了自旋和軌道序在鐵軸材料中激發(fā)的電極化。在這類材料中，電極化是由源自八面體配體旋轉(zhuǎn)的軌道序和體系中的軌道序共同激發(fā)的?；谧孕鳈C制，我們在本論文中也研究了一維鏈上的過渡金屬-配體-過渡金屬的團簇模型。通過引入局域坐標來刻畫在不同格點處的過渡金屬的軌道序。通過計算，可以發(fā)現(xiàn)電極化是正比于ei,i+1×（e-

4、2αi，i+1(l)xei×e2αi，i+1(l)xei+1），其中ei和ei+1是分別在格點i和i+1處的自旋方向的單位矢量。而且ei,i+1是連接格點i和格點i+1之間的單位矢量，αi,i+1是配體之間的相對傾斜角以及(l)x是SO(3)生成元的x分量。接下來將得到的電極化與磁序的關(guān)系應用到不同的磁序中。我們可以發(fā)現(xiàn)，在共線磁序下，由于配體的傾斜會導致凈電極化出現(xiàn)，而這一特征在自旋流機制中時不存在的。而且在擺線型螺旋序中，電極化的方

5、向不在被局限在螺旋序的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)。并且對于圓錐磁序激發(fā)的電極化，也有相對的修正項出現(xiàn)。
　　在第三章中，我們研究了自旋軌道耦合對于阻挫的Mott絕緣體的電子的離域性的影響。在一個三角單元中，電荷的重新分布將會導致電偶極矩的出現(xiàn)。在阻挫的Mott絕緣體中，由于自旋軌道耦合的出現(xiàn)這個電偶極矩會出現(xiàn)些新奇的特征。應用微擾正則展開，我們可以得到低溫有效的電荷密度和流密度算符。如果體系中存在垂直于三角形平面的DM相互作用矢量，那么擺線型螺旋