多铁材料以及Mott绝缘体中的磁电耦合效应

发布时间：2017-05-20 09:13

  本文关键词：多铁材料以及Mott绝缘体中的磁电耦合效应，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多铁材料是指同时存在铁电性和磁性的材料,而且在多铁材料中存在电极化强度和磁化强度两个序参量之间的磁电耦合。在最近发现的很多材料中存在的这种奇特的交叉耦合,在磁电耦合的起源的基础研究和多铁材料的潜在的在器件应用方面的研究上,都已经引起了很大反响。多铁材料的优势在于,我们可以通过磁场控制材料的铁电性以及通过电场控制材料的磁性。近十多年来,关于自旋诱导铁电性的多铁方面的理论和实验研究层出不穷。自旋诱导的铁电性材料是指,该材料中的空间反演对称性是由材料中的磁序所破缺的。而且最近刚刚发现的铁轴多铁材料中,磁电耦合的起源是现有的很多微观机制所不能解释的。另一方面,近期的研究表明在Mott绝缘体中,尽管电荷自由度被很大程度上的抑制了,但是电荷的非局域性还是存在的。Mott绝缘体中,电荷的非局域性会导致电偶极矩的出现。在本论文中,我们主要进行了下面两个方面的研究：过渡金属的八面体配体旋转对于在多铁材料中的电极化的影响,以及在阻挫的Mott绝缘体中自旋轨道耦合对于材料中电偶极矩的影响。首先在第一章,我们回顾了多铁材料和阻挫的Mott绝缘体中磁电耦合的起源,以及多铁材料潜在的工业应用。在第二章中,我们研究了自旋和轨道序在铁轴材料中激发的电极化。在这类材料中,电极化是由源自八面体配体旋转的轨道序和体系中的轨道序共同激发的。基于自旋流机制,我们在本论文中也研究了一维链上的过渡金属-配体-过渡金属的团簇模型。通过引入局域坐标来刻画在不同格点处的过渡金属的轨道序。通过计算,可以发现电极化是正比于ei,i+1×(e-2αi,i+1lxei×e2αi,i+1lxei+1),其中ei和ei+1是分别在格点i和i+1处的自旋方向的单位矢量。而且ei,i+1是连接格点i和格点i+1之间的单位矢量,αi,i+1是配体之间的相对倾斜角以及ex是SO(3)生成元的x分量。接下来将得到的电极化与磁序的关系应用到不同的磁序中。我们可以发现,在共线磁序下,由于配体的倾斜会导致净电极化出现,而这一特征在自旋流机制中时不存在的。而且在摆线型螺旋序中,电极化的方向不在被局限在螺旋序的旋转平面内。并且对于圆锥磁序激发的电极化,也有相对的修正项出现。在第三章中,我们研究了自旋轨道耦合对于阻挫的Mott绝缘体的电子的离域性的影响。在一个三角单元中,电荷的重新分布将会导致电偶极矩的出现。在阻挫的Mott绝缘体中,由于自旋轨道耦合的出现这个电偶极矩会出现些新奇的特征。应用微扰正则展开,我们可以得到低温有效的电荷密度和流密度算符。如果体系中存在垂直于三角形平面的DM相互作用矢量,那么摆线型螺旋序会在该体系中激发净的电极化,而且此电极化的方向是在螺旋序的旋转平面内,并且垂直于磁序传播矢量的方向。如果DM相互作用矢量是,在三角形平面内并且垂直于键的方向,那么本征螺旋序会激发净的电极化。从对称性角度来讲,我们的结论与自旋流机制以及Arima提出的三角格点中的机制相一致。但是从定性角度来讲,磁电耦合的来源是不同的。而且还有一点需要强调的是,我们研究的是电子型的电极化,而自旋流机制以及Arima提出的微观机制都是离子型的。
【关键词】：磁电耦合效应 多铁材料 Mott绝缘体 自旋轨道耦合
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O469
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-21
• 1 磁电耦合的回顾21-61
• 1.1 磁电耦合材料21-34
• 1.2 磁电耦合的介观理论34-43
• 1.3 磁电耦合的微观机制43-55
• 1.4. 磁电耦合材料的前景55-61
• 2 轨道序与自旋激发的多铁材料61-75
• 2.1 引言61-62
• 2.2 配体倾斜模型62-64
• 2.3 电极化64-69
• 2.4 不同自旋序下的应用69-72
• 2.5 小结72-75
• 3 在Mott绝缘体自旋轨道耦合激发的铁电性75-95
• 3.1 引言75-77
• 3.2 自旋轨道耦合的半满Hubbard模型77-83
• 3.3 弱的自旋轨道耦合83-93
• 3.4 本章小结93-95
• 4 总结95-97
• 参考文献97-111
• 附录111-113
• 发表文章目录113

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋启祥;;多铁性复合体系室温附近磁电耦合系数增强研究[J];宿州学院学报;2013年03期

2 蒋磊;;磁电耦合对于铁电磁系统的磁性关联的影响[J];苏州大学学报(自然科学版);2007年01期

3 仲崇贵;蒋青;方靖淮;葛存旺;;单相ABO_3型多铁材料的磁电耦合及磁电性质研究[J];物理学报;2009年05期

4 孙阳;;高温单相多铁性材料与强磁电耦合效应[J];物理;2014年03期

5 卞雷祥;文玉梅;李平;程磊;刘盼刚;;GMM,PZT和弹性基板复合磁电耦合效应研究[J];微纳电子技术;2007年Z1期

6 戴玉蓉;邱灿灿;刘晓丽;;层状复合材料NiMnGa/PZT的磁电耦合效应研究[J];实验技术与管理;2008年11期

7 刘俊明;南策文;;多铁性十年回眸[J];物理;2014年02期

8 朱金龙;冯少敏;王丽娟;李凤英;禹日成;靳常青;;多铁材料高压效应[J];科学通报;2008年10期

9 夏强胜;;磁电耦合对于多铁性材料CdCr_2S_4介电性质的影响[J];低温物理学报;2011年03期

10 苏健;张娜;宋桂林;周晓辉;常方高;;Ca~(2+)掺杂对BiFeO_3陶瓷结构和磁、介电性能的影响[J];硅酸盐学报;2013年09期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 曲绍兴;尹冰轮;;多铁性薄膜材料应变介导磁电耦合性能研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 刘俊明;;多铁性化合物的序产量关联、相变与磁电耦合[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年

3 谢淑红;;多铁纳米纤维的磁电耦合性能[A];第五届全国固体力学青年学者研讨会会议日程摘要集[C];2012年

4 史振华;张金林;薛德胜;;Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3对NiFe_2O_4磁性的调制[A];第十一届全国穆斯堡尔谱学会议论文集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 朱姗;多铁材料以及Mott绝缘体中的磁电耦合效应[D];浙江大学;2015年

2 韩崇;第一性原理研究过渡金属掺杂铝酸铋的磁性与铁酸铋/铁界面的磁电耦合[D];山东大学;2012年

3 李子威;多铁异质结薄膜的磁电耦合效应与电阻转变特性研究[D];南京大学;2012年

4 姚一平;多铁复合材料的磁电耦合及电阻转换效应[D];中国科学技术大学;2012年

5 王叶安;多铁性磁电耦合复合材料(Ba,Sr)TiO_3/CoFe_2O_4的制备与性能研究[D];华中科技大学;2013年

6 周云;多铁性微纳颗粒复合材料和薄膜的结构与磁电耦合特性[D];上海大学;2010年

7 鞠林;氧化物纳米材料的磁性以及磁电耦合特性研究[D];山东大学;2014年

8 王嘉维;YMnO_3及其复合结构的磁电特性研究[D];清华大学;2013年

9 朱文卡;多铁性与弱铁磁性的关系[D];中国科学技术大学;2013年

10 冯明;2-2型CoFe_2O_4/PMN PT复合薄膜取向生长与磁电耦合效应[D];哈尔滨工业大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 韩学梦;电场调控铁磁/铁电异质结中磁矩翻转的研究[D];兰州大学;2015年

2 蒋磊;磁电耦合效应对铁电磁体热力学性质的影响[D];苏州大学;2007年

3 杜传将;钙钛矿材料中的磁电耦合与其他性质研究[D];山东大学;2013年

4 邱建华;磁电耦合效应对磁性铁电体的影响[D];苏州大学;2006年

5 石倩;铌酸钾钠—铁酸钴陶瓷的磁电耦合性能的研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

6 曹牧;逆磁电效应测量平台搭建及其在复合多铁材料中的应用研究[D];山东大学;2013年

7 刘婷婷;掺杂Mg/Mn/Zn的Ni/CoFe_2O_4-PbTiO_3磁电复合材料的逆磁电耦合效应研究[D];天津大学;2014年

8 龚士静;铁电磁体中磁电容效应的研究[D];苏州大学;2005年

9 乔宇;单相多铁材料的水热合成及其性质表征[D];吉林大学;2012年

10 周航;Co/Co_3O_4/PZT复合薄膜的制备与磁电耦合性质研究[D];南京大学;2012年

  本文关键词：多铁材料以及Mott绝缘体中的磁电耦合效应，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：381194