多铁性体系中磁电耦合效应及新材料探索

多铁性材料有两个或两个以上的序参量,通过磁电效应可以实现磁电转换功能,在信息存储、传感器等方面具有广阔的应用前景,引起各国材料科学研究工作者的重视.近年来,磁电效应研究在物性研究和探索新材料方面取得了重大进展.     

多铁和磁电材料的第一性原理研究（英文）

多铁材料是一类由自旋、电荷、晶格和轨道等多种自由度的相互作用引起的具有2种或者2种以上铁序的功能材料.近年来关于多铁性的报道屡见报端杂志,表明越来越多的研究人员关注着这一领域的研究进展.在这些研究成果中,第一性原理研究在解释实验观测,发现新物理机制和预测新型多铁、磁电材料方面都扮演着先锋角色.本文回顾了第一性原理在材料领域,尤其是多铁性、磁电效应和隧道结研究中的广泛应用和主要成果.结合最近发展的理论研究方法,例如选择性轨道加场法,评述了这些手段在解释多铁和磁电材料中奇异物理现象方面的有效性.由于电控磁性是多铁领域和自旋电子学领域追求的共同目标,因此总结了第一性原理研究在电控磁性方面所取得的成果.最后,本文概述了多铁和磁电材料在实际应用中亟待解决的问题,并且着重展望了若干种利于解决多铁和磁电材料领域实际问题的研究方法.本文通过深入探讨过渡金属氧化物中的铁电起源以及多铁体中铁电性和磁序的共存现象,期望能有益于新型多铁和磁电材料的探索.     

多铁性异质结研究进展

多铁异质结中的磁电耦合效应是凝聚态物理和材料物理的研究热点之一.相比单相的多铁材料,多铁异质结中界面处的自旋、电荷、轨道以及晶格之间存在着复杂的相互作用,导致出现一些新的物理现象,使得其在新一代的存储器、传感器、微波等领域中具有重要的应用前景.文章介绍近年来在多铁异质结方向取得的进展,着重介绍实现电场对磁性控制的场效应、应变效应、交换偏置效应等,以及磁场对多铁性的调控,从而获得很大的磁电耦合效应;分析了多铁隧道结及其磁电耦合效应,其集成了传统铁电隧道结和铁磁隧道结的优势,可大幅度提高单个存储单元存储状态,从而提高存储密度.最后提出当前面临的问题和对未来的展望.     

应力作用对复合型多铁性材料BaTiO3-Fe磁电效应的影响

多铁性材料（multiferroic）是一种同时拥有铁电和铁磁性质的特殊功能型材料.室温下具有多铁性的单一化合物十分少见,但理论计算发现在铁电体（如BaTiO3,BTO）和3d过渡金属（如铁）的复合结构中存在较强磁电效应,这就为新型多铁性材料的寻找和制备揭示了新方向.用第一性原理方法,通过计算该类复合薄膜在不同应力作用下磁电效应的变化来揭示其铁电铁磁相互作用的机制.     

复合多铁体1-xBi_（0.85）La_（0.15）FeO_3-xCoFe_2O_4性能的研究

多铁性材料是一类同时具有（反）铁电、（反）铁磁及铁弹中两者或两者以上耦合性质的材料。近些年来,由于其在多功能器件中的潜在应用而引起了人们极大的兴趣。多铁性材料可分为单相多铁性材料和复合多铁性材料。复合多铁性材料由于其独特的优势而目前被人们广泛的研究。     

上海师范大学物理系科研简介

<正>上海师范大学数理学院物理系科研工作依托"光电材料与器件实验室"开展,分为凝聚态物理、原子分子物理及光学等研究领域,在多电子原子物理、量子信息、多铁物理、宽禁带半导体物理等多个方向上具有明显的研究特色。一、铁电、压电、磁电等信息功能材料与器件中的关键科学问题研究我们围绕铁电、压电、磁电复合及光流明材料与器件中的关键科学问题开展研究,建立材料结构-性能-器件间的内在关系,研制了新型弛豫铁电单晶变压器、环境友好的高应变驱动器及高灵敏度的弱磁探测器件,并致力于探索增强相关效应间耦合的新途径,推进器件应用。     

六角多铁HoMnO3的磁电性质及其研究进展

六角HoMnO3材料是近年来多铁性磁电材料研究中一个极其重要且具有代表性的材料.文章全面概述了多铁材料HoMnO3的磁电性质以及近年来国内外的相关研究进展,包括HoMnO3的低温自旋交换作用、磁性相变、外加电场诱导的磁化改变、铁电极化机理以及由于磁弹、自旋晶格耦合、自旋声子耦合作用导致的巨磁电效应等.重点评述了HoMn...     

六角多铁HoMnO3的磁电性质及其研究进展

六角HoMnO3材料是近年来多铁性磁电材料研究中一个极其重要且具有代表性的材料.文章全面概述了多铁材料HoMnO3的磁电性质以及近年来国内外的相关研究进展,包括HoMnO3的低温自旋交换作用、磁性相变、外加电场诱导的磁化改变、铁电极化机理以及由于磁弹、自旋晶格耦合、自旋声子耦合作用导致的巨磁电效应等.重点评述了HoMnO3材料磁电效应产生的物理机制,在此基础上,讨论了应用过程中存在的问题,提出了解决的可能途径.     

多铁磁电复合材料—功能材料领域的闪亮新星

在功能材料研究领域,人工复合的多铁磁电材料因具有室温环境下特殊的磁电性能——铁电有序和铁磁有序共存及"磁-力-电"转换特性(磁电耦合效应),在磁传感器、换能器、微波器件、存储器等方面有着十分诱人的实用价值与应用前景。本文在回顾多铁磁电复合材料背景知识的基础上,重点介绍磁电复合材料磁电耦合机理、设计原理、制备方法与研究现状、理论分析方法与磁电效应表征方法相关内容,最后总结、展望多铁磁电复合材料未来研究中的一些重要问题。     

二维极性材料的理论设计

最近几年,实验上已经获得了稳定的本征二维铁磁、铁电材料。二维铁性材料由于其新奇的物理性质和在纳米器件中潜在的应用价值而广受关注。随着第一性原理计算方法的发展,从理论角度预测和设计新材料加速了对二维铁性材料的研究。文章重点介绍了课题组在二维极性材料的理论设计方面的若干工作,其中包括:1)在单层过渡金属卤化物中引入点缺陷破坏体系空间反演对称性,可以有效提高磁转变温度,实现磁电共存;2)设计了一种强磁电耦合且转变温度可达室温的二维第二类多铁材料;3)预测了由铁电模式和反铁电模式竞争导致的二维非共线本征亚铁电,研究了其新奇的Z2×Z2铁电畴壁和负压电性质。这些工作对之后的二维极性材料的理论设计和实验探索具有一定的参考价值。     

国内首台“光刻机”将于今年12月诞生合肥

日前，由中科大量子信息重点实验室何力新教授领导的研究小组，应用计算机模拟的方法成功揭示复铁性材料铽锰氧中的巨磁电效应机制，为寻找新型多功能磁电材料提供指导。这项成果发表在最新的一期《物理评论快报》上，标志着我国科学家取得了复铁性材料理论研究的重大进展。     

稀土磁性材料

正稀土元素有独特的电子结构,优异的磁、光、电等物理化学特性,与3d金属构成的稀土功能材料广泛应用于电子信息、能源环保、国防军工和高新材料等领域。稀土磁性材料是稀土功能材料应用最广泛的材料。稀土永磁、稀土磁热效应、稀土磁致伸缩、稀土多铁性与磁电耦合和稀土高频磁性等磁性材料的研究具有丰富的科学内涵和重要的应用价值,其主要内容包括:(1)研     

复合相多铁性陶瓷(1-x)BaTiO3-xCoFe2O4的制备和性质

为研究复合相多铁材料中的磁电耦合并寻找同时具有良好铁电性和磁性性质的复合相多铁性材料,采用固态反应法,制备了(1-x)BaTiO3-xCoFe2O4系列复合多铁性陶瓷.通过分析性质和成分之间的依赖关系,在实验上发现,在x=0.3附近,陶瓷表现出较好的室温铁电、压电和磁性性质,相关的铁电剩余极化值为4.5 μC/cm2,压电导数和机电耦合系数为73 pC/N和0.16,剩余磁化强度为6.7 emu/g.并且,在实验上观察到磁电耦合效应对宏观电、磁性质的影响.     

激子态和电荷转移态的竞争对有机磁电导正负效应的调控

利用具有激子态和电荷转移态(Charge-Transfer States,CTS)共存特性的PFOPV材料,本文制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/PFOPV/Cs F/Al的聚合物发光器件,并测量了器件在不同偏压和温度下电流的磁场效应(又称磁电导效应(Magnetoconductance,MC))和电致发光光谱.实验发现,通过改变器件中激子态和CTS的相对比例,可以达到对MC低场(40 m T)和高场(40 m T)正负效应的有效调控.即当器件中CTS的相对比例较高时,MC的低场和高场均表现出明显的负磁电导效应,反之,则表现出正磁电导效应.采用经验公式对实验曲线进行定量分析表明,MC低场的正负效应可用系间窜越和反系间窜越过程来进行解释,而MC高场的正负转变则可归结为不同三重态与电荷相互作用的结果.本研究工作证明了三重态-电荷的反应方式对三重态中电子-空穴的间隔距离有强烈的依赖关系,同时为有机磁电导效应的有效调控提供了一条新的重要途径.     

Ni/P(VDF-TrFE)的铁电性及磁电耦合效应

采用溶胶凝胶法和旋涂法在磁性金属镍片衬底上制备了有机铁电薄膜P(VDF-TrFE),利用X射线衍射仪及振动样品磁强计表征了Ni/P(VDF-TrFE)样品的晶体结构和金属镍片的磁学性质，结果表明，旋涂制备所得有机P(VDF-TrFE)薄膜结晶形成了β相，镍片的饱和磁场约为2 000 (kAm^-1/4π).利用静电计和锁相放大器，研究了样品的电学性质和不同磁场方向的磁电耦合效应.可以发现，金属镍片作为磁性衬底制备得到的Ni/P(VDF-TrFE)属于复合多铁性材料，该材料的磁电耦合效应具有各向异性，表现为平行方向大于垂直方向.实验所得结果为复合多铁性材料的制备和测试提供了重要的参考价值.     

应变调控柔性电子器件磁电性质的研究进展

柔性电子器件具有独特的形状可塑性,因而引起了人们极大的研究热情.柔性电子器件在未来或将成为下一代电子器件的重要分支,在电子显示、二极管、生物医疗器件、太阳能电池等领域有着广阔的发展前景.近些年,许多研究人员将柔性技术与自旋电子学相结合,开始探索应变对于生长在柔性衬底上的磁电异质结磁电性质的影响,通过改变柔性衬底的曲率等手段调控器件的磁电效应.相关基础研究为磁存储器、磁传感器、非易失性阻变存储器等电子器件的研究开辟了新思路.     

多铁性复合材料的研究进展

多铁性材料是当前研究的一个热点课题,而其中复合材料的研究又是其研究方向的一个重点。文章阐述了多铁性材料的特点,并系统地介绍了国内外多铁性复合材料的研究进展、现状及其分类,最后对可能存在的应用前景作了展望。     

Co-Ti共掺杂M型六角钡铁氧体磁电耦合研究

磁电多铁性材料兼具电极化及磁性，可用于构建新型传感器和高密度存储器件．但对于单相多铁性材料，大多工作温度低且所需磁场强度较高，无法满足实用化需求．近来发现六角铁氧体可明显提高这两方面特性，但还需提高其工作温度及电阻率．我们采用Co-Ti元素对M-型钡六角铁氧体进行大剂量共掺杂，制备一系列的铁氧体陶瓷BaFe12-2xCoxTixO19 (x=0~4)．同时利用物理性能综合测试仪（PPMS）及其他检测仪器搭建了一套磁电测试系统，并结合LabVIEW软件进行编程，对样品的磁性、电性、磁介电和磁电耦合特性进行系统表征．结果表明，Co-Ti共掺杂可显著改变M型钡六角铁氧体的矫顽场及饱和磁化强度．同时，这种掺杂可使漏电流降低到3个量级（掺杂量x=2）．值得一提的是，我们在掺杂量为x=2的样品中观测到室温下的磁介电效应，同时在100K以下观测到明显的磁致铁电极化，且其电极化方向可以被磁场反转．该结果在探索新型多铁六角铁氧体及推进其应用化进程具有一定的意义．     

钙钛矿锰氧化物薄膜应变效应的研究进展

钙钛矿锰氧化物薄膜具有庞磁电阻效应和较大的自旋极化率.对其进行深入研究,将有益于促进自旋电子学器件的发展.在对钙钛矿锰氧化物薄膜研究进行总结回顾的基础上,概述了晶格失配、应力和晶格弛豫之间的关系,介绍了应力效应对钙钛矿锰氧化物薄膜的磁电耦合效应、相分离等物理性质的影响,发现薄膜与衬底间的失配应力和薄膜厚度变化引起的应力弛豫是影响薄膜行为的主要因素.研究同时发现,针对钙钛矿锰氧化物薄膜应变效应的界面结构设计、磁电耦合的微观物理机制、器件应用等方面的研究将成为今后的研究热点.     

磁电耦合对于多铁性材料CdCr2S4介电性质的影响

多铁性材料CdCr2S4在实验中被观测到的磁相变温度附近的介电异常现象,为一定温度区间内共存的弛豫铁电性和铁磁性提供了磁电耦合的依据。基于SRBRF模型和Heisenberg模型,我们提出形如 的磁电耦合形式,并计算出了最近邻磁自旋对关联 。最近邻自旋对关联 通过磁电耦合修正阻碍极化翻转的激活能的大小,使得被冻结在某一特定方向上的极化又能够在其它的可能取向上进行热翻转,改变了极化弛豫时间的分布,从而导致了介电性质在磁相变温度附近发生介电异常。同时,考虑磁场对介电性质的影响,得出的磁电容效应和实验数据很好吻合进一步证实了我们想法的正确性。