多鐵性與弱鐵磁性的關系.pdf

1、近年來，多鐵性與多鐵材料成為凝聚態(tài)物理和材料科學領域最熱門的課題之一。多鐵材料內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、邏輯運算和磁電控制等自旋電子學應用方面展現(xiàn)出新奇而光明的前景。
　　 多鐵材料的體系十分龐雜，耦合機制也復雜多樣。在第一章中，我們介紹了多鐵性的物理內涵和鐵電性與磁性聚合于單一體系的困難，并詳細羅列了幾種鐵電性與磁性成功共存的機制。在常規(guī)鐵電體中討論了獨立體系與

2、孤對電子導致鐵電性兩類，重點放在鐵磁性鐵電體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源或原生的因果關系（比如磁性導致鐵電性），因此磁電耦合作用較強。幾何鐵電體中，鐵電性與磁性都與結構轉變密切相關（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共同作用的結果。磁致鐵電體由于具有原

3、生的磁電因果關系而最受關注。螺旋自旋序為非共線磁序，導致的鐵電性在許多化合物中被發(fā)現(xiàn)，微觀機制有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，鐵電性機制與交換伸縮有關。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)出新穎的光學磁電效應。多鐵材料的應用，主要在磁場傳感器、電場調控交換偏置和多鐵隧道結實現(xiàn)四種邏輯態(tài)等方面作了簡介。
　　 基于DM模型在多鐵研究中的重要地位以及DM相互作用

4、與弱鐵磁性的關系，我們選定多鐵性與弱鐵磁的關系作為研究課題。第二章詳細推導了弱鐵磁性的起源——DM相互作用，并選擇了弱鐵磁材料Ca3Mn2O7和LuFeO3作為研究對象。
　　 Ca3Mn2O7具有鐵電極化，由結構畸變引起，其弱鐵磁性亦與結構畸變相關。磁化-電場依賴關系的測量證實了Ca3Mn2O7的多鐵性。我們的討論比較成功的給出了單疇的微觀機制。對于多晶多疇，片面強調電場對極化的轉動效應或拉伸效應都不能完全解釋實驗，須將二者綜

5、合起來考慮。另外，LuFeO3雖然和BiFeO3的結構相同，和LuFe2O4的組分相同，但是卻沒有鐵電極化，也沒有多鐵性。結構和磁性研究顯示其具有強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系。實驗證實了我們最初關于鐵電弱鐵磁體具有磁電耦合的推斷。結構畸變作為鐵電極化和弱鐵磁性的共同起源，帶來了強磁電耦合作用，為磁電調控提供了便利。雖然Ca3Mn2O7的磁轉變溫度與磁電耦合溫度都很低，