六角RMn 1-x Fe x O 3 （R=Sc,Lu）多铁陶瓷的结构与性能
发布时间：2021-10-18 19:26
多铁性材料具有十分重要的物理意义和应用价值,近年来已成为凝聚态物理乃至材料科学领域的研究热点。六角锰酸盐作为一类重要的单相多铁性材料得到了广泛的研究,研究重点包括提高奈尔温度、降低漏导,进而获得室温磁电耦合效应。Fe3+离子置换是提高六角锰酸盐奈尔温度的有效手段。本文选取奈尔温度较高的两种六角锰酸盐RMnO3（R=Sc,Lu）,系统研究了Fe3+离子置换改性六角锰酸盐陶瓷的制备、结构演化及多铁性能。结果表明,在RMn1-xFexO3（R=Sc,Lu）中均获得了室温磁电耦合效应,并提出该磁电耦合可能是由铁电序和短程磁有序耦合导致的,这或可成为一种新的实现室温磁电耦合效应的途径。获得了如下主要结论:采用标准固相法烧结制备了ScMn1-xFexO3陶瓷。室温下0≤x≤0.2成分范围内陶瓷结构为六角相,空间群为P63cm。通过剩余电滞回线测试证实了其室温温铁电性,通过第一性原理...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多铁性材料研究领域的重大突破
浙江大学硕士学位论文4图1.2磁电耦合及多铁性相关发表论文数目（来自WebofScience）。Fig.1.2Annualnumberofpublicationswith“magnetoelectric”or“multiferroic”(source:WebofScience).1.2.2磁电耦合效应及其机理早期，科学家主要基于热力学和晶体对称性对磁电耦合效应做唯象分析[40-42]。根据Landau理论，材料的自由能与电场和磁场的关系可表示为[15]：(,,)=0()120—1201212……(1.1)其中F0为初始自由能，第二项和第三项分别表示自发极化和自发磁化，第四项和第五项表示场致极化和场致磁化。第六项之后是磁电耦合项及其高阶表现形式，αij为线性磁电耦合系数，是二阶张量；γijk和βijk则代表三级磁电耦合系数。在研究线性磁电耦合的过程中，忽略(1.1)式中高阶磁电耦合项，也忽略存在自发极化、自发磁化的特殊情况。为了使体系的自由能对于所有外加电场和磁场的响应都要降低，αij必须满足条件：≤√00(1.2)另外，将(1.1)式对电场Ei进行微分，可以得到电极化的表达式：(,)==+0++12+12+(1.3)前文提到，双线性磁电耦合可以在不满足对称性要求(αij=0)下实现。那么可以得到外加电场为零时，外加磁场引起的电极化变化量为：
对称性(记为I)，Hj的对称性与磁化强度M一致，具有时间反演对称性(记为R)。经过所有对称性操作，晶体磁电耦合项仍然保持不变[43]。对于具有磁电耦合效应的晶体，其对称性要素群只能是符合αijEiHj的对称要素的子群。由上述可知，耦合项必须同时具有时间、空间反演对称性破缺的结构，但依次经过时间、空间反演操作后保持不变，其对称元素为1′。这就排除了顺磁性材料，因为它们都属于1′点群。以具有磁电耦合效应的Cr2O3为例[44]，Cr离子磁矩方向依次经过空间和时间反演操作仍保持不变，晶体对称性没有发生改变，如如图1.3所示。所以，磁电耦合要求时间反演对称性破缺，即具有长程磁有序，且具有IR对称性。考虑到磁结构，原来32个结构空间群增加到122个磁点群(Shubnikov群)，其中满足IR对称性的有58个[44]。图1.3(a)Cr2O3晶体结构;(b)Cr2O3磁结构依次经历空间反演操作和时间反演操作的变化[44]。Fig.1.3(a)CrystalstructureofCr2O3;(b)Theevolutionofspinconfigurationafterspatialinversionandtimeinversionoperation[44].想获得强磁电耦合效应的有效方法是采用具有铁电性和磁性的材料，原因有二：（1）铁电/磁性材料往往具有大的介电常数/磁化率，据(1.2)式，能提高磁电耦合系数的上限；（2）铁电/铁磁材料内禀电场/磁场间的相互耦合，意味着材料内部的铁电序和（反）磁序之间存在相互影响，在外场作用下，其中一个序参
【参考文献】：
期刊论文
[1]单相多铁性材料——极化和磁性序参量的耦合与调控[J]. 王克锋,刘俊明,王雨. 科学通报. 2008(10)
本文编号：3443363
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多铁性材料研究领域的重大突破
浙江大学硕士学位论文4图1.2磁电耦合及多铁性相关发表论文数目（来自WebofScience）。Fig.1.2Annualnumberofpublicationswith“magnetoelectric”or“multiferroic”(source:WebofScience).1.2.2磁电耦合效应及其机理早期，科学家主要基于热力学和晶体对称性对磁电耦合效应做唯象分析[40-42]。根据Landau理论，材料的自由能与电场和磁场的关系可表示为[15]：(,,)=0()120—1201212……(1.1)其中F0为初始自由能，第二项和第三项分别表示自发极化和自发磁化，第四项和第五项表示场致极化和场致磁化。第六项之后是磁电耦合项及其高阶表现形式，αij为线性磁电耦合系数，是二阶张量；γijk和βijk则代表三级磁电耦合系数。在研究线性磁电耦合的过程中，忽略(1.1)式中高阶磁电耦合项，也忽略存在自发极化、自发磁化的特殊情况。为了使体系的自由能对于所有外加电场和磁场的响应都要降低，αij必须满足条件：≤√00(1.2)另外，将(1.1)式对电场Ei进行微分，可以得到电极化的表达式：(,)==+0++12+12+(1.3)前文提到，双线性磁电耦合可以在不满足对称性要求(αij=0)下实现。那么可以得到外加电场为零时，外加磁场引起的电极化变化量为：
对称性(记为I)，Hj的对称性与磁化强度M一致，具有时间反演对称性(记为R)。经过所有对称性操作，晶体磁电耦合项仍然保持不变[43]。对于具有磁电耦合效应的晶体，其对称性要素群只能是符合αijEiHj的对称要素的子群。由上述可知，耦合项必须同时具有时间、空间反演对称性破缺的结构，但依次经过时间、空间反演操作后保持不变，其对称元素为1′。这就排除了顺磁性材料，因为它们都属于1′点群。以具有磁电耦合效应的Cr2O3为例[44]，Cr离子磁矩方向依次经过空间和时间反演操作仍保持不变，晶体对称性没有发生改变，如如图1.3所示。所以，磁电耦合要求时间反演对称性破缺，即具有长程磁有序，且具有IR对称性。考虑到磁结构，原来32个结构空间群增加到122个磁点群(Shubnikov群)，其中满足IR对称性的有58个[44]。图1.3(a)Cr2O3晶体结构;(b)Cr2O3磁结构依次经历空间反演操作和时间反演操作的变化[44]。Fig.1.3(a)CrystalstructureofCr2O3;(b)Theevolutionofspinconfigurationafterspatialinversionandtimeinversionoperation[44].想获得强磁电耦合效应的有效方法是采用具有铁电性和磁性的材料，原因有二：（1）铁电/磁性材料往往具有大的介电常数/磁化率，据(1.2)式，能提高磁电耦合系数的上限；（2）铁电/铁磁材料内禀电场/磁场间的相互耦合，意味着材料内部的铁电序和（反）磁序之间存在相互影响，在外场作用下，其中一个序参
【参考文献】：
期刊论文
[1]单相多铁性材料——极化和磁性序参量的耦合与调控[J]. 王克锋,刘俊明,王雨. 科学通报. 2008(10)
本文编号：3443363
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