若干钙钛矿氧化物中磁电耦合效应的第一性原理研究
发布时间：2021-06-14 12:32
在快速发展的信息产业中,人们对应用器件的容量、速度、低能耗等性能的要求越来越高。同时包含电学和磁学特性以及交叉特性的多铁性材料,其存在的极化电荷和自旋磁矩以及相互之间的耦合等等很多自由度都可以用来作为器件的设计条件,用以满足日益发展的现代信息产业的需求。然而,具备丰富物理特性的多铁性材料,同时对实验和理论的研究都提出了一些新的挑战。目前科学家对单相材料中同时具有铁电性和磁性的研究比较多,甚至也已经实现了磁电材料之间的耦合与调控。但问题是同时具有磁性和铁电性的单相磁电材料在自然界很少,并且有很多问题仍然存在于磁电的耦合的机制当中。本文以多铁磁电材料的基本理论和应用为立足点,并结合目前国内外研究的最新进展,用第一性原理方法来设计新型的多铁材料并分析磁电耦合效应的微观物理机制。本文的主要研究内容包括:首先,针对目前唯一的室温多铁性材料Bi Fe O3进行了B位Co掺杂的计算。研究了Co掺杂对Bi Fe O3体系的电子结构、磁性、铁电性的影响。通过计算结果我们发现随强关联相互作用Hubbard能U值的变化,Co离子的自旋态发生改变。17%的Co掺杂使体系表现出铁磁性,磁性来源于Fe-O-Co之...
【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】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
多铁性材料中各序参量之间的调控
矿 BaTiO3晶格结构示意图 (a) 高温顺电相 (b) 低温铁电相；在离中心对称位置，产生铁电极化；(c) 过渡金属离子偏离 O 离子轨道杂化 (d) 空 d 轨道和部分填充 d 轨道之间的能级方案[4]。 Lattice structures of perovskite BaTiO3(a) High temperature paraperature ferroelectric phase. In the ferroelectric phase, the B -site tro-symmetric positions, generating a net polarization and thus ferrsition metal ion towards one of the oxygens, and (d) schematic eneempty d-level and with partially filled d-levels[4][98].磁性材料则要求具有未满的 d 轨道，这样才能确保自旋不能完全相互抵消，从而产生净磁矩。这似乎与形成铁，因而在很长一段时间内为探索磁电多铁性材料带来很磁性铁电体的出现改变了这一局面。因为 Bi 基多铁性材 位阳离子的空 d 轨道与 O 离子的杂化导致的极化位移i 的孤对电子与 O 原子的杂化，促使 Bi-O 之间形成较典型的磁电多铁材料是 BiMnO3[40]、Bi2FeCrO6[41]、Bi也就是说磁性来源于 B 位未填满的 d 轨道电子，而铁
哈尔滨工业大学理学博士学位论文形成上-上-下-下自旋构型。在这类 RMnO3中，稀土离子 R 导致旋有序导致 Mn-O 键长，Mn-O-Mn 键角发生变化，一般情况下吸引，反铁磁层相互排斥。为了充分获得交换能量，铁磁有序扩大有序减小键角。作为交换媒介的 O 离子将会趋于减小（增加）动。正是由于 O 离子与过渡金属之间的去中心相对位移导致体缺，共线的交换伸缩机制是发生相对位移的原因。由此可见，这电同源的机制。在 RMnO3中[68]，由于特殊的晶格结构，上上下常常被称为 E 类磁结构。Picozzi 等人首次通过第一性原理计算O3中具有自发的铁电极化[216]，并且计算值可以高达 6 μC/cm2，线螺旋序导致的电极化高近两个数量级。随后实验上也证实了 以诱发铁电性。
本文编号：3229837
【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】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
多铁性材料中各序参量之间的调控
矿 BaTiO3晶格结构示意图 (a) 高温顺电相 (b) 低温铁电相；在离中心对称位置，产生铁电极化；(c) 过渡金属离子偏离 O 离子轨道杂化 (d) 空 d 轨道和部分填充 d 轨道之间的能级方案[4]。 Lattice structures of perovskite BaTiO3(a) High temperature paraperature ferroelectric phase. In the ferroelectric phase, the B -site tro-symmetric positions, generating a net polarization and thus ferrsition metal ion towards one of the oxygens, and (d) schematic eneempty d-level and with partially filled d-levels[4][98].磁性材料则要求具有未满的 d 轨道，这样才能确保自旋不能完全相互抵消，从而产生净磁矩。这似乎与形成铁，因而在很长一段时间内为探索磁电多铁性材料带来很磁性铁电体的出现改变了这一局面。因为 Bi 基多铁性材 位阳离子的空 d 轨道与 O 离子的杂化导致的极化位移i 的孤对电子与 O 原子的杂化，促使 Bi-O 之间形成较典型的磁电多铁材料是 BiMnO3[40]、Bi2FeCrO6[41]、Bi也就是说磁性来源于 B 位未填满的 d 轨道电子，而铁
哈尔滨工业大学理学博士学位论文形成上-上-下-下自旋构型。在这类 RMnO3中，稀土离子 R 导致旋有序导致 Mn-O 键长，Mn-O-Mn 键角发生变化，一般情况下吸引，反铁磁层相互排斥。为了充分获得交换能量，铁磁有序扩大有序减小键角。作为交换媒介的 O 离子将会趋于减小（增加）动。正是由于 O 离子与过渡金属之间的去中心相对位移导致体缺，共线的交换伸缩机制是发生相对位移的原因。由此可见，这电同源的机制。在 RMnO3中[68]，由于特殊的晶格结构，上上下常常被称为 E 类磁结构。Picozzi 等人首次通过第一性原理计算O3中具有自发的铁电极化[216]，并且计算值可以高达 6 μC/cm2，线螺旋序导致的电极化高近两个数量级。随后实验上也证实了 以诱发铁电性。
本文编号：3229837
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