磁電耦合效應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)內同時具有鐵電(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稟的磁電效應(magnetoelectriceffect)，即鐵電有序產生的內電場可以導致電子自旋重新分布而改變系統的磁學性質，自旋有序漲落通過磁致伸縮效應或可能的電一聲子相互作用導致鐵電弛豫和介電異常。實驗上觀察到介電常數在磁相變溫度處的突變異常也就成為本征磁電耦合效應存在的標志。目前，主要在鈣鈦礦結構的錳氧化物(RMn03

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

3、以下三個方面的工作： 1．二次磁電耦合效應和DM相互作用對六角錳氧化物疇壁的影響。 一般，只有當磁性鐵電體的磁尼爾溫度TN接近其鐵電居里溫度TFE時，鐵電序參量和磁序參量才有磁電耦合效應。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，可是當溫度降低到尼爾溫度時，介電常數會有一個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是鐵電序參量和磁序參量耦

4、合的結果。通過考慮二次磁電耦合效應和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和箝位，可以來解釋這個尼爾溫度附近的介電異常。 2．外延BiFe03薄膜中鐵電性質和磁學性質的厚度依賴。 實驗上觀察到BiFe03薄膜的自發(fā)極化強度比體材料的要大一個數量級，而且一個重要的實驗結果是薄膜厚度依賴的飽和磁化強度和其高的磁電耦合系數。在我們的工作中，基于一般的Landau自由能函數并引入磁彈耦合和磁

5、電耦合效應，通過考慮有效基底晶格參數(a)s，我們研究了BiFe03薄膜的鐵電性質和磁學性質。結果表明我們的理論結果和BiFe03薄膜的實驗結果在定量上是一致的。 3．外部機械承載對各向異性外延鐵電薄膜相圖和介電性質的影響。 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械承載。一個唯象的Landau-Devonshine理論被用來描述應力對生長在正交基底上的BaTi