二维磁极化子的研究

运用系统的变分和模拟退火数值计算, 对二维反铁磁物质中自陷磁极化子和铁磁物质中束缚磁极化子进行了研究. 通过运用Schwinger角动量理论将原问题变换为载流子与两类Boson的耦合问题, 计算得到二维自陷磁极化子具有单峰和多峰结构. 计算表明, 对于铁磁物质, 二维束缚极化子的性质与一维情形基本一致, 但对于反铁磁物质, 二维自陷磁极化子的结构比一维情形要丰富得多.     

铁磁—反铁磁双层系统的零温磁矩

在线性近似下导出二维各向异性四套子格子简立方 Heisenberg 铁磁—反铁磁双层系统模型的哈密顿量,采用矩阵格林函数运动方程技术,得到自旋波的色散关系.数值计算结果表明,层间和层内耦合强度对铁磁—反铁磁双层系统的磁性质有重要影响.     

反铁磁CrS2到铁磁MoSe2/CrS2磁性转变研究

通过第一性原理研究了二维单层CrS₂与双层CrS₂/MoSe₂体系的原子结构和磁性结构.利用广义布洛赫条件计算了自旋螺旋的能量与自旋螺旋波矢之间的色散关系E(q),并通过海森堡模型拟合该曲线,分别得到了单层CrS₂体系和CrS₂/MoSe₂双层体系的多近邻海森堡作用(HBI)参数J1–J6.然后通过拟合得到的HBI参数作出全布里渊区的E(q).研究发现,非磁性单层MoSe₂与单层CrS₂形成异质结后改变了单层CrS₂的磁性结构,使其从层内反铁磁排布转变成层内铁磁排布.MoSe₂层使得Cr原子的态密度更延展,并且CrS₂/MoSe₂中电子气从金属性的CrS₂转移到半导体的MoSe₂中,这导致CrS₂中反铁磁作用的RKKY相互作用的减小,最终使得CrS₂/MoSe₂呈现铁磁性.本文为更好地探索二维磁性材料的各种相互作用机制,如双交换、超交换和RKKY交换,设计、寻找高居里温度磁性材料和分析各种二维磁性体系奠定了一定的基础.     

二维工s5ng反铁磁一反铁磁超晶格的磁性

本文用相关有效场理论讨论了二维I si ng反铁磁-反铁磁超晶格(AFAFS)在无外场时的临界温度与超晶格元胞厚度及超晶格中每一层的磁化强度与温度的依赖关系。并从超晶格的对称性出发讨论了反铁磁-反铁磁超晶格和铁磁-铁磁超晶格之间的异同。     

二维过渡金属磷化物MnTn+1(M=V,Cr;T=P,As,Sb)的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了二维过渡金属磷系化合物M_n T_n+1 (M=V, Cr;T=P, As, Sb)材料的结构、稳定性、电子结构和磁性质.通过计算形成能和声子谱,发现只有V₄As₅、Cr₂P₃、 Cr₃P₄、 Cr₄P₅、 Cr₂As₃和Cr₃As₄是稳定的二维磁性多层膜.计算结果表明,这些稳定的二维磁性材料都是反铁磁金属.此外,还对这些材料的电子结构和磁耦合机制做了进一步的分析.     

零温Hohenberg-Mermin-Wagner定理和Goldstone 定理的等效性

应用零温情形下的Bogoliubov不等式,研究了一维和二维Hubbard模型基态中电子配对和磁性(铁磁和反铁磁)长程序的可能性．发现如果在一维和二维Hubbard模型的自旋(电荷)激发谱中存在能隙,则该系统在基态中不可能呈现出磁性(或电子配对)的长程序,并由此从低维Hub—bard模型说明了零温Hohenberg—Mermin—Wagner定理与Goldstone定理是等效的．     

新型二维层状铜磷酸盐氟化物的合成与表征

采用改良的氟水热法,以磷酸为溶剂合成了一种新型的二维层状铜磷酸盐氟化物Na_2Cu_2F_2[P_2O_7],并通过粉末X射线衍射、单晶X射线衍射、能谱分析、红外光谱分析、热分析和磁性分析对其晶体结构、化学成分、官能团、热稳定性和磁学性能进行了表征.结果表明:在该化合物中,[Cu_2O_6F_2]二聚体与焦磷酸根[P_2O_7]~(4-)交替连接形成一个平行于(100)面的二维CuPOF层,层中邻近的磁性Cu~(2+)之间具有很强的反铁磁相互作用;此外,由于二聚体型结构的Cu~(2+)之间无法形成自旋阻挫以阻止其自旋的有序排列,在低温时该化合物呈现出长程反铁磁有序.     

准一维有机聚合物铁磁体中的电子-电子相互作用

考虑电子-电子相互作用，对具有链间耦合的准-维有机聚合物铁磁体的电子结构和自旋结构进行了研究。结果表明，对于维持系统的铁磁态的稳定性而言，系统内的在位电子-电子Hubbard排斥相互作用与最近邻格点间的电子-电子Coulomb排斥相互作用所起的作用相反，彼此间存在着竞争；最近邻格点间的电子-电子Coulomb排斥相互作用的加强将导致主链反铁磁性自旋密度波(SDW)之振幅的减小，使得主链反铁磁性SDW的耦合传递作用减弱，进而影响到侧自由基自旋间的铁磁耦合强度，这将削弱系统铁磁态的稳定性。     

氧化物超导体超导电性及性质的一种解释

考虑到晶体结构与电子能带结构,在 Hubbard 单带模型中引入电子与激子的互作用项,对有些氧化物超导体的反铁磁绝缘体—金属(超导)转变现象(M—I 转变),氧化物超导体的高 Tc 原因及二维特性进行了解释.     

反铁磁耦合纳米体系磁特性的微磁学研究

采用微磁学方法研究了磁层间反铁磁耦合强度对SyAF纳米体系磁特性的影响.当SyAF纳米体系上、下磁层间的反铁磁耦合强度不同时,SyAF纳米体系具有两种不同类型的磁滞回线.当磁层间反铁磁耦合强度较小时,体系的矫顽力随反铁磁耦合强度的增大而增大,反磁化机制为反磁化核的形成与传播的反转过程.而当磁层间反铁耦合强度较大时(0.2×10-3J.m-2),体系的矫顽力基本不随反铁磁耦合强度变化,并且在剩磁态为稳定的单畴结构,反磁化机制为类一致反转过程.这类SyAF纳米体系更适合于作为磁信息器件中自旋阀的自由层.     

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。     

基于张量网络算法对二维t-J模型的研究

高温超导问题是当前凝聚态物理学研究的最重要的问题之一。本文应用基于二维强关联电子无限费米子系统的投影纠缠对(gPEPS)表示下建立的虚时间演化的张量网络算法[arXiv:0907.5520],对高温超导的相关的最小模型——二维t-J 模型进行了数值模拟研究,得出二维t-J模型在半占据状态与小于半占据状态时的基态,并最终得到了海森堡反铁磁无空穴的态与有空穴的态之间的相分离线,以及二维正方格子t-J 模型的单位格点基态能量。研究结果表明,二维t-J 模型的相分离线上临界点为Jc=0.95t和下临界点为Jc=3.45t;随后模拟J/t = 0.4,发现不同的掺杂会导致出现四个超导相：一个是由电荷密度波、自旋密度波与p波共存的超导相,一个是自旋单态的d s波超导配对与反铁磁背景下自旋三态p波超导配对超导相,一个是扩展s波配对超导相,一个是铁磁背景下p波的配对超导相。     

自旋S=1和S=1/2海森堡交错自旋系统磁性双结构性质研究

采用双时格林函数方法,通过对由S=1和S=1/2自旋组成的二维反铁磁量子自旋系统基态发散谱的计算,研究了因能隙激发和非能隙激发而引起的磁双结构.在计算结果中,我们得到了Haldane-gap型激发和长程反铁磁序共存.同时,还研究了该系统Haldane态和亚铁磁态之间的竞争.取得的理论结果和Schwinger-boson平均场方法的结果一致,并且和准一维Haldane化合物R2BaNiO5在实验上的发现一致.     

铁磁180°畴层结构中的畴层振动模

本文探讨了具有反平行磁化矢量的铁磁层状结构的磁畴振动谱,给出了普遍的色散方程.当外加磁场为零,整个分布成180°畴层状态时,给出了一般的色散曲钱.理论预言可能同时存在一种具有二维铁磁性和一维反铁磁性的新型磁有序材料.     

Tb/Fe_(50)Mn_(50)多层膜层间与界面交换耦合的研究

采用磁控溅射技术制备了Tb/Fe50[Mn]50 n多层膜,用Versalab振动样品磁强计测量薄膜样品在不同温度下的磁滞回线,研究了Tb/Fe50[Mn]50 n多层膜体系矫顽力和温度、薄膜层数及反铁磁层厚度的关系,以及薄膜铁磁层与反铁磁层界面耦合作用和铁磁层的层间耦合作用.研究发现铁磁层与反铁磁层的界面耦合作用随温度升高而增加,且存在随薄膜厚度增加而增大的转变温度Tt.当TTt时,界面耦合使矫顽力减小;当TTt时,使矫顽力增大.铁磁层的层间耦合作用随反铁磁层厚度在铁磁耦合和反铁磁耦合之间振荡变化,当TTt时耦合作用强度随温度增加而减小,但当TTt时,耦合作用突然增强.     

W原子薄片磁性的第一原理计算

应用基于密度泛函理论的第一原理方法,对单原子层的W原子薄片的磁性进行了计算.结果表明:稳定的W原子单层没有磁性,但是在晶格被拉伸的情况下会出现磁性.晶格被拉伸时,反铁磁结构比铁磁结构更早出现磁性,正方结构比斜方结构更快出现磁性.不管是铁磁,反铁磁的平面结构,平面近六角结构最为稳定;反铁磁结构比铁磁结构更加稳定.     

Fe3/Cr3超晶格电子结构和磁性的第一性原理研究

采用基于第一性原理的全势线性缀加平面波方法(FLAPW), 计算了超晶格Fe₃/Cr₃的电子结构, 研究了该体系在铁磁耦合与反铁磁耦合两种状态下的磁矩分布和能态密度. 结果表明铁磁耦合状态是基态.     

声学界面自旋波与界面各向异性

考虑了外磁场，体和界面各向异性后，详细研究了铁磁或反铁磁层间耦合下自旋双链系统中的声学界面自旋波及其存在的充要条件，发现在适当的界面各向异性的条件下，该系统可以存在０，１或２个声学界面自旋波，其能量随铁磁层间耦合强度的增大而升高，却随反铁磁层间耦合强度的增大而降低。     

周期性纳米磁性颗粒膜相转变条件研究

建立了二维周期性纳米磁性颗粒膜的物理模型并求出了其能量,应用玻尔兹曼统计理论计算了磁性颗粒的平均磁矩,讨论了系统铁磁态（FM）和反铁磁态（AFM）转变的温度条件．     

纳米金属基复合材料、生物材料、磁性材料及界面微结构的研究进展

综述了纳米复合材料、生物材料、磁性材料及界面微结构的研究进展;特别是该课题组近几年在金属基复合材料、钛基生物医学材料和双相纳米永磁复合材料界面等微观结构的研究成果.