二维层状材料CuMP 2 S 6 （M=Cr,V）多铁性质研究
发布时间：2021-10-17 08:18
到目前为止对多铁性材料研究取得了大量的成果,但也存在着一些问题:第一类多铁材料的磁电耦合效应很弱;第二类多铁材料的铁电极化和居里温度较低,三维多铁材料降到二维尺度时铁电性和磁性的消失等等。这些问题限制了多铁材料的实际应用,但也引导研究者们进行不断的探索。自从石墨烯被发现以来,二维范德瓦尔斯材料取得了长足的发展,二维磁性,二维铁电以及二维多铁的报道层出不穷。多铁性在二维材料当中的存在形式十分的丰富,既包括Ⅰ类多铁、Ⅱ类多铁以及在它们之外的磁电耦合形式,对二维多铁的研究也有希望能够解决在传统单相多铁材料研究中面临的一些瓶颈问题。虽然有大量的研究者通过第一性原理计算等方法预测了很多二维多铁材料以及它们当中磁性、铁电性以及磁电耦合的存在形式,但由于材料较难合成,材料及其不稳定等因素,对这些材料的实验研究和验证相对较少。过渡金属硫代亚磷酸盐化合物是类似于过渡金属硫化物的范德瓦尔斯晶体,层与层之间的作用力较弱,能够轻易的通过机械剥离法从大块单晶上获得少层甚至单层样品。过渡金属硫代亚磷酸盐CuMP2S6（M=Cr,V）就代表了目前已发现的二维多铁材料当中的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TMDs的典型结a)MX2的结构示意图；b)1
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-声子关联、多重元激发这些都是凝聚态物理的前沿内容，通过对多铁材料的研究和理解也能推动凝聚态物理向更深层次发展。如何实现良好的铁电性和强电磁耦合，探究室温多铁材料是多铁材料研究的一大障碍，同时也是一个值得深入研究的量子调控课题。由于材料铁性含义的不断扩大，广义的多铁材料是指只要包含铁磁序（亚铁磁序、反铁磁序）、铁电序、铁弹序、涡旋序、拓扑序等其中的两个或者两个以上即可。而狭义的多铁性材料定义则是指同时具有铁电序和铁磁序的单相材料。图1-7a)展示了多铁性与电极化、磁极化之间的关系，其中只有部分磁极化材料和电极化材料才具有铁磁或铁电特性，同时拥有铁磁和铁电特性的材料则更少，这部分材料即为多铁材料[78]。图1-7b)为多铁材料中耦合是如何产生的示意图，对于磁电多铁材料则必须同时具有铁磁性和铁电性[79]。按体系多铁性材料可以被分为单相多铁材料和复合多铁材料，目前人们习惯于按照相关机制把单相多铁性材料分为第Ⅰ类多铁材料和第Ⅱ类多铁性材料。1.3.1Ⅰ类多铁性材料目前理论上来看，铁电性与磁有序的产生机制似乎是天然互斥的[80]，这也是现实中多铁性材料相对较少的原因。我们以研究较多的钙钛矿结构氧化物为例，有科学家从理论上分析了铁电性和铁磁性在这些材料中共存的条件。铁电性可以被看成由晶体的非对称性产生，位于氧八面体中心的阳离子偏离了晶体的中心位置使得正负电荷中心不重合进而产生了电偶极矩。就目前来说钙钛矿铁电体中的中心离子的d轨道都呈d0态，这种状态没有局域磁矩也没有净原图1-7多铁性材料性质的简单示意图[78]a)多铁性材料和磁电材料之间的联系；b)多铁材料中不同的耦合a)b)
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-12-子磁矩，当然也无法构成磁有序的铁磁、反铁磁等。因此磁性和铁电性共存的矛盾情况在于：对于铁电体来说拥有d0构型的过渡金属离子在键合成键的时侯才能偏离中心具有铁电性，但电子自旋也会相互抵消，从而无磁性。从表面上即表现出了铁电性与磁性是互相排斥的。当然也有其他的研究者提出不一样的解释，如：铁电性和磁性相互互斥是因为：如果形成了局部磁域则金属离子同氧离子间的杂化共价键也被破坏，从而无法继续形成单态[81,82]。当然也存在着很多铁电性与磁性共存的材料，从理论上来说，铁电性与磁性有着很多相类似的现象，比如在外场下都有回线、畴结构等等，因此目前也有不少能够实现铁电性和磁性共存的方法和思路。思路最简单研究最早的思路是：设计同时具有两种功能单元的单相物质。一种单元是非中心对称，实现铁电性和介电响应；另一种单元是磁性离子。样的单相物质就同时具备了铁电性和磁性。人们习惯于把这类材料称作第Ⅰ类多铁性材料。根据铁电极化产生的不同原因，第一类多铁性材料又可以被分为如下几种，图1-8展示了极化产生的几种机制[83]。对于孤电子对机制：离子中最外层s轨道上两个未参与成键的电子被叫做孤电子对，孤电子对是不稳定的，当电子分布使离子丢失对称性的时候即产生c)图1-8极化产生机制示意图[83]a)孤电子对机制b)几何结构机制c)电荷有序机制a)b)c)
【参考文献】：
期刊论文
[1]多铁性材料研究进展及发展方向[J]. 南策文. 中国科学:技术科学. 2015(04)
本文编号：3441439
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TMDs的典型结a)MX2的结构示意图；b)1
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-声子关联、多重元激发这些都是凝聚态物理的前沿内容，通过对多铁材料的研究和理解也能推动凝聚态物理向更深层次发展。如何实现良好的铁电性和强电磁耦合，探究室温多铁材料是多铁材料研究的一大障碍，同时也是一个值得深入研究的量子调控课题。由于材料铁性含义的不断扩大，广义的多铁材料是指只要包含铁磁序（亚铁磁序、反铁磁序）、铁电序、铁弹序、涡旋序、拓扑序等其中的两个或者两个以上即可。而狭义的多铁性材料定义则是指同时具有铁电序和铁磁序的单相材料。图1-7a)展示了多铁性与电极化、磁极化之间的关系，其中只有部分磁极化材料和电极化材料才具有铁磁或铁电特性，同时拥有铁磁和铁电特性的材料则更少，这部分材料即为多铁材料[78]。图1-7b)为多铁材料中耦合是如何产生的示意图，对于磁电多铁材料则必须同时具有铁磁性和铁电性[79]。按体系多铁性材料可以被分为单相多铁材料和复合多铁材料，目前人们习惯于按照相关机制把单相多铁性材料分为第Ⅰ类多铁材料和第Ⅱ类多铁性材料。1.3.1Ⅰ类多铁性材料目前理论上来看，铁电性与磁有序的产生机制似乎是天然互斥的[80]，这也是现实中多铁性材料相对较少的原因。我们以研究较多的钙钛矿结构氧化物为例，有科学家从理论上分析了铁电性和铁磁性在这些材料中共存的条件。铁电性可以被看成由晶体的非对称性产生，位于氧八面体中心的阳离子偏离了晶体的中心位置使得正负电荷中心不重合进而产生了电偶极矩。就目前来说钙钛矿铁电体中的中心离子的d轨道都呈d0态，这种状态没有局域磁矩也没有净原图1-7多铁性材料性质的简单示意图[78]a)多铁性材料和磁电材料之间的联系；b)多铁材料中不同的耦合a)b)
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-12-子磁矩，当然也无法构成磁有序的铁磁、反铁磁等。因此磁性和铁电性共存的矛盾情况在于：对于铁电体来说拥有d0构型的过渡金属离子在键合成键的时侯才能偏离中心具有铁电性，但电子自旋也会相互抵消，从而无磁性。从表面上即表现出了铁电性与磁性是互相排斥的。当然也有其他的研究者提出不一样的解释，如：铁电性和磁性相互互斥是因为：如果形成了局部磁域则金属离子同氧离子间的杂化共价键也被破坏，从而无法继续形成单态[81,82]。当然也存在着很多铁电性与磁性共存的材料，从理论上来说，铁电性与磁性有着很多相类似的现象，比如在外场下都有回线、畴结构等等，因此目前也有不少能够实现铁电性和磁性共存的方法和思路。思路最简单研究最早的思路是：设计同时具有两种功能单元的单相物质。一种单元是非中心对称，实现铁电性和介电响应；另一种单元是磁性离子。样的单相物质就同时具备了铁电性和磁性。人们习惯于把这类材料称作第Ⅰ类多铁性材料。根据铁电极化产生的不同原因，第一类多铁性材料又可以被分为如下几种，图1-8展示了极化产生的几种机制[83]。对于孤电子对机制：离子中最外层s轨道上两个未参与成键的电子被叫做孤电子对，孤电子对是不稳定的，当电子分布使离子丢失对称性的时候即产生c)图1-8极化产生机制示意图[83]a)孤电子对机制b)几何结构机制c)电荷有序机制a)b)c)
【参考文献】：
期刊论文
[1]多铁性材料研究进展及发展方向[J]. 南策文. 中国科学:技术科学. 2015(04)
本文编号：3441439
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3441439.html
