应力对外延Pb(Zr,Ti)O3薄膜铁电性能的影响

应用朗道热力学理论研究了应力对Pb(Zr,Ti)O3陶瓷薄膜的相结构及介电特性的影响。结果表明:应力诱导结构相变,居里温度随应变(压应变或张应变)作用的增大而升高,有利于铁电相的稳定;讨论了极化-电场的滞回现象,剩余极化达50μC/cm2,计算结果与实验结果符合较好。     

二维单畴磁性颗粒磁化快速翻转特性的研究

用数值模拟法研究了二维无限大单畴磁性薄膜的磁化翻转过程和特性.比较了单轴磁性薄膜和二重轴磁性薄膜的磁化翻转,发现二重轴磁性薄膜比单轴磁性薄膜更有优势.翻转场垂直于磁化初始态且在薄膜平面内时翻转所需的时间比翻转场施加在反平行于薄膜平面内磁化初始态时翻转所需的时间要短得多,而且在磁化翻转过程中垂直于薄膜平面的偏压场发挥着重要作用.翻转场和偏压场对磁化翻转的影响程度会随着阻尼系数α取值不同而呈现此消彼长的变化.     

对超薄膜钛酸铅铁电体相结构和稳定性的研究

用推广的Landau Devonshire理论研究应力与尺寸效应对PbTiO3 铁电薄膜的相结构和稳定性的影响 .对PbTiO3 铁电薄膜的温度与应力相图、不同压应力作用下的膜厚与自发极化、膜厚与居里温度的关系图等进行计算 .结果表明 :对PbTiO3 铁电薄膜 ,在外推长度δ >0时 ,应力 (压应力或张应力 )作用总是使居里温度升高及有利于铁电相的稳定 ;在薄膜中施加大的压应力时 ,铁电相可存在于更薄的膜厚中 ,但当膜厚达到临界厚度后 ,薄膜始终处于顺电相 ,也即存在尺寸驱动相变 .     

电场调制FeCoSi/PZT驱动器磁性研究

采用射频磁控共溅射方法在玻璃衬底上制备了具有面内单轴各向异性的FeCoSi磁性薄膜。使FeCoSi磁性薄膜初始易磁化方向(称为初始易轴)与PZT驱动器应力方向(长轴方向)平行进行粘接得到FeCoSi/PZT驱动器异质结,用于研究通过电场来调制磁性薄膜的磁矩转动及各向异性场的场强,并利用微聚焦磁光克尔效应测量了不同电压下FeCoSi磁性薄膜初始难磁化方向(称为初始难轴)的磁滞回线。结果表明:当给PZT驱动器施加正电压时,异质结在张应力的作用下薄膜的易磁化方向保持不变,但各向异性场变大,各向异性场随电压的变化关系约为0.12Oe/V,从而实现了电场对各向异性场场强的调制;当给PZT驱动器施加负电压时,异质结在压应力的作用下使磁矩偏离初始易轴,而磁矩从初始易轴方向转到初始难轴方向所需施加的电压为-80V,从而实现了电场对磁性薄膜磁矩转动的调制。文中实现的通过电场对FeCoSi磁性薄膜磁矩转动和各向异性场的调制有望在低功耗微波器件中得到应用。     

磁场作用下各向异性海森堡反铁磁模型的DMRG数值分析

对一维交换各向异性海森堡反铁磁自旋链XXZ模型系统进行了研究。在施加外磁场环境下,利用密度矩阵重整化群方法计算了零温系统的基态能、纠缠度,得到交换各向异性作用参数和外磁场对该系统由反铁磁态到顺磁态量子相变临界点的影响规律。     

锆钛酸铅铁电薄膜相结构研究

用修正的Landau-Devonshire热力学理论研究了应力对Pb（Zr.35Ti.65）O3相结构、介电特性的影响。研究表明：应力诱导结构相变,居里温度随应变（压应变或张应变）作用的增大而升高,有利于铁电相的稳定。     

应力导致的Fe2CrGe从反铁磁基态到铁磁半金属相变的计算研究

运用第一性原理计算研究了惠斯勒(Heusler)合金Fe₂CrGe的电子结构和磁性质,发现其基态是Fe离子处于低自旋态(S=0),而Cr离子处于高自旋态(S=1)的反铁磁金属相,反铁磁态能量比铁磁态能量约低0.103 eV.此外还发现,如果施加+1.7%和–1.7%的应变, Fe₂CrGe会从反铁磁有序变成铁磁有序,并出现半金属特性;当应变达到±5%时,出现了大约0.2 eV的半金属能隙.通过平均场理论估算了Fe₂CrGe的居里(Curie)温度,发现其对应的居里温度为393 K,远高于室温.这表明Fe₂CrGe是有潜力的自旋电子材料.     

铁磁应变玻璃及其物理特性

铁磁应变玻璃是近年来在掺杂缺陷的Ni-Mn-Ga, Fe-Pd和Fe-Ni-Cr等铁磁马氏体合金体系中发现的新玻璃现象,其本质是短程晶格应变有序和长程磁有序共存的冻结态.铁磁应变玻璃的基本结构单元是磁性纳米马氏体畴,具有转动能垒小的特点;它们在母相基体中缓慢生长、跨越很宽温区,且母相基体和纳米畴的模量随温度呈现相反的变化趋势,这些特性可导致低场驱动大磁致伸缩效应和Elinvar效应,在微型驱动传感器和精密机械中有重要应用价值.本文主要介绍了铁磁应变玻璃的宏观物理性质、微观结构特征以及功能特性;通过Ni-X-Mn-Ga(X=Co, Fe)体系的相图,阐明了铁磁应变玻璃的形成过程,以及它与马氏体相、预马氏体相的关系.此外,本文还介绍了在铁磁马氏体/铁磁应变玻璃相界区出现的奇异相变行为——铁磁应变玻璃的自发马氏体相变.基于铁磁应变玻璃的材料设计,有望为磁性材料的性能突破和功能开发带来新机遇.     

Ni50.3Mn27.3Ga22.4磁性形状记忆合金薄膜的磁场增强马氏体相变应变研究

采用磁控溅射方法制备Ni50.3Mn27.3Ga22.4磁性形状记忆合金薄膜。研究薄膜的晶体结构、磁化行为以及磁场对马氏体相变应变的影响。试验结果表明,经823 K退火1 h的Ni50.3Mn27.3Ga22.4薄膜,室温下处于奥氏体态,呈较强的(110)织构特性,且室温饱和磁化强度约为40 emμ/g。试验还发现,当沿膜面方向施加0到0.8 T磁场时,Ni50.3Mn27.3Ga22.4薄膜的马氏体相变应变量随磁场强度的增大而增大,呈现出磁场增强马氏体相变应变效应。     

Ni50.3Mn27.3Ga22.4磁性形状记忆合金薄膜的磁性能研究

采用磁控溅射方法制备Ni50.3Mn27.3Ga22.4磁性形状记忆合金薄膜。系统研究薄膜的马氏体相变行为、磁场增强相变应变特性以及温度对磁感生应变的影响。试验结果表明,经823 K退火1 h的Ni50.3Mn27.3Ga22.4薄膜室温下处于奥氏体态,马氏体相变开始温度为271.5 K。当沿膜面方向施加0—0.8 T磁场时,Ni50.3Mn27.3Ga22.4薄膜的马氏体相变应变量随磁场强度的增大而增大,呈现出磁场增强马氏体相变应变效应。试验还发现,饱和磁感生应变显著依赖于测试温度。当测试温度低于拟马氏体相变结束温度时,饱和磁感生应变随温度的升高先缓慢增大,在马氏体相变开始温度附近磁感生应变值发生跳跃式增加,然后随测试温度的进一步升高而降低。     

PbTiO3铁电薄膜的应力与尺寸效应

用推广的Landau Devonshire理论研究了应力与尺寸效应对PbTiO3(PTO)薄膜的铁电/介电性质的影响.研究表明:在外推长度δ>0时,张应力使膜的相变温度降低、自发极化减小,压应力使膜的相变温度升高、自发极化增加.在温度一定时PTO薄膜存在一个临界应力σc,当应力大于σc时,任意膜厚都保持顺电相.当应力小于σc时,存在尺寸驱动的相变,即当膜厚大于临界尺寸Lc时,膜进入铁电相;而当膜厚小于临界尺寸Lc时,膜处于顺电相.     

磁控溅射法制备的不同浓度Cr掺杂ZnO薄膜磁性研究

采用磁控溅射法在硅片上制备Cr掺杂ZnO薄膜材料,通过控制共溅时间来控制掺杂浓度.晶体结构分析表明所有样品均为ZnO纤锌矿结构,没有观测到其他杂相峰.Cr掺杂ZnO薄膜具有c轴择优取向.磁性测试结果表明,不同浓度Cr掺杂ZnO薄膜具有室温铁磁性.掺杂浓度1%薄膜磁性最强,室温饱和磁化强度为0.53μB/Cr.随着掺杂浓度增大,样品磁性减弱,主要是由于掺杂浓度增大反铁磁交换作用增强.     

施加电场的单量子阱中束缚态的能级

超晶格由2种不同晶体材料交替生长的具有周期性结构的多层薄膜构成,2种材料的势垒-势阱结构就是量子阱.通过理想的无限深势阱模型,讨论了施加电场作用的超晶格中单量子阱束缚态的能级结构和态密度,得到了体系的本征能量与本征函数.分析表明:沿超晶格生长方向能量量子化,量子化能量构成了一系列子能带(微带);在电场作用下,超晶格量子阱能级向低能方向移动,施加电场不影响超晶格量子阱子能带的电子态密度.     

自由空间中一维W原子链的磁性

应用基于密度泛函理论的第一原理方法,对自由空间中的一维W原子链的磁性进行了计算.得到了考虑自旋轨道相互作用的铁磁,反铁磁以及螺旋磁性结构的一维W原子链的原子磁矩随原子间距的变化及相应的磁学性质,并与不考虑自旋轨道相互作用的情况做了对比.结果发现,原子链的原子磁矩在原子间距的一个小变化范围内有个跃升,最终趋于单原子磁矩;与体材料时不同,稳定的一维W原子链具有磁性,而且反铁磁W原子链的相对稳定性高;轨道磁矩在有近邻原子作用时出现,且极化方向与自旋极化方向相反.最后,也对W一维原子链的电磁性质进行了讨论.     

强磁场凝固的MnCoSi基磁致伸缩材料

MnCoSi合金在磁场驱动的反铁磁相到铁磁相的变磁性相变过程中伴随着较大的晶格畸变,预示着这类合金是潜在的磁致伸缩材料.通过掺杂少量Ni元素将MnCoSi基合金的三相点调节到290 K,同时降低变磁性相变的临界磁场.利用强磁场凝固制备出取向并且致密的Mn0.98Ni0.02CoSi合金块材.观察到室温附近低场可逆的各向...     

Nd_(0.5)Sr_(0.5-x)Ca_xMnO_3(x=0.1,0.2)多晶的电子自旋共振研究

研究了多晶样品Nd_(0.5)Sr_(0.5-x)Ca_xMnO_3(x=0.1,0.2)的磁性.实验结果表明,样品的单相性好,无杂相,空间群为Pbnm.随着温度的降低,样品先后经历了3次磁性转变,分别为顺磁-铁磁转变TC、电荷有序转变TCO和奈尔温度转变TN;在TC以上,系统处于顺磁态,在TC-TCO范围内,系统处于铁磁-顺磁共存态,在TCO-TN范围内,系统处于反铁磁-铁磁-顺磁共存态,在TN以下,系统主要处于反铁磁态.     

键阻辍Ising系统的相图和临界行为

用Monte-Carlo方法研究了铁磁、反铁磁混合键下Ising系统的相图和临界行为。结果发现，该系统仅在极低反铁磁浓度下存在稳定的铁磁相，而且随着反铁磁键浓度的增加，其相界增厚；自旋关联涨落和相关临界指数与引起相变的互作用机制密切相关。     

电荷有序态La0.25Ca0.75MnO3的红外光学特性分析

采用高温固相法制备了电荷有序态锰氧化物La0.25Ca0.75MnO3样品.从297？78K每隔10K测试了该样品的变温红外反射谱,发现在240K时红外反射谱有了显著的转变.这与该样品的磁化强度-温度关系曲线所呈现的相变温度点相一致.磁性测量表明该样品在240K发生了高温顺磁相到低温反铁磁相的转变.此外,红外光电导还揭示了该样品中在160K温度处有新的反常现象,可能是在此温度附近存在低能激发态.从反铁磁转变、电荷有序态和晶格畸变等方面对观察到的实验结果进行了分析和讨论.     

薄膜厚度对1-3型BaTiO3-CoFe2O4多重铁性薄膜相变温度的影响

基于热动力学理论,通过对演化方程的线性稳定分析,确定了1-3型BaTiO3-CoFe2O4(BTO-CFO)多重铁性复合材料中的铁电、铁磁相变温度.考虑系统中基底与薄膜之间及薄膜内铁电相、铁磁相之间的内应力和外应力的弹性耦合,确立了顺电到铁电/铁磁地相变临界温度地解析式.临界温度与两相体积分数、基底、薄膜的晶格尺寸、薄膜两相的材料性能及薄膜厚度都有很大关系.两相的相变临界温度可以通过调节体积分数及薄膜厚度进行控制.     

Cr/Gd双层膜的磁特性

采用磁控溅射法制备居里温度(TC)略低于奈尔温度(TN)的Cr/Gd双层薄膜.利用振动样品磁强计研究薄膜在不同温度下的磁滞特性.结果表明:该类薄膜系统与TCTN的铁磁/反铁磁双层薄膜的磁滞特性不同,当测量温度(T)大于TC时,Gd层处于铁磁态,矫顽力(HC)随温度非单调变化;当T为80～205K时,HC随温度增加逐渐减小;在T=205K出现一个极小值后逐渐增大;在T=255K附近出现一个主峰;当T为255～295K时,HC随温度升高迅速减小;当T295K时,HC随温度升高迅速增大.即铁磁/反铁磁界面处的反铁磁自旋与铁磁自旋的交换耦合作用对铁磁层磁有序态的维持温度和矫顽力影响较大.