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(huì)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(duì)稱的同時(shí)，這種磁序還打破了空間反演對(duì)稱，從而在對(duì)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(duì)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(chǔ)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(duì)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(huì)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(chǎng)近似方法研究了磁電耦合對(duì)熱導(dǎo)的影響，發(fā)現(xiàn)這一影響最終體現(xiàn)

4、在了對(duì)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(duì)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(dòng)態(tài)表現(xiàn)形式，即通過自旋振蕩和晶格振動(dòng)的耦合，自旋波獲得了響應(yīng)交變電場(chǎng)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(dòng)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。