多鐵性材料具有十分重要的物理意義和應(yīng)用價(jià)值,近年來已成為凝聚態(tài)物理乃至材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。六角錳酸鹽作為一類重要的單相多鐵性材料得到了廣泛的研究,研究重點(diǎn)包括提高奈爾溫度、降低漏導(dǎo),進(jìn)而獲得室溫磁電耦合效應(yīng)。Fe³⁺離子置換是提高六角錳酸鹽奈爾溫度的有效手段。本文選取奈爾溫度較高的兩種六角錳酸鹽RMnO₃（R=Sc,Lu）,系統(tǒng)研究了Fe³⁺離子置換改性六角錳酸鹽陶瓷的制備、結(jié)構(gòu)演化及多鐵性能。結(jié)果表明,在RMn_1-xFe_xO₃（R=Sc,Lu）中均獲得了室溫磁電耦合效應(yīng),并提出該磁電耦合可能是由鐵電序和短程磁有序耦合導(dǎo)致的,這或可成為一種新的實(shí)現(xiàn)室溫磁電耦合效應(yīng)的途徑。獲得了如下主要結(jié)論:采用標(biāo)準(zhǔn)固相法燒結(jié)制備了ScMn_1-xFe_xO₃陶瓷。室溫下0≤x≤0.2成分范圍內(nèi)陶瓷結(jié)構(gòu)為六角相,空間群為P6₃cm。通過剩余電滯回線測(cè)試證實(shí)了其室溫溫鐵電性,通過第一性原理... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

多鐵性材料研究領(lǐng)域的重大突破

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.2磁電耦合及多鐵性相關(guān)發(fā)表論文數(shù)目（來自WebofScience）。Fig.1.2Annualnumberofpublicationswith“magnetoelectric”or“multiferroic”(source:WebofScience).1.2.2磁電耦合效應(yīng)及其機(jī)理早期，科學(xué)家主要基于熱力學(xué)和晶體對(duì)稱性對(duì)磁電耦合效應(yīng)做唯象分析[40-42]。根據(jù)Landau理論，材料的自由能與電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系可表示為[15]：(,,)=0()120—1201212……(1.1)其中F0為初始自由能，第二項(xiàng)和第三項(xiàng)分別表示自發(fā)極化和自發(fā)磁化，第四項(xiàng)和第五項(xiàng)表示場(chǎng)致極化和場(chǎng)致磁化。第六項(xiàng)之后是磁電耦合項(xiàng)及其高階表現(xiàn)形式，αij為線性磁電耦合系數(shù)，是二階張量；γijk和βijk則代表三級(jí)磁電耦合系數(shù)。在研究線性磁電耦合的過程中，忽略(1.1)式中高階磁電耦合項(xiàng)，也忽略存在自發(fā)極化、自發(fā)磁化的特殊情況。為了使體系的自由能對(duì)于所有外加電場(chǎng)和磁場(chǎng)的響應(yīng)都要降低，αij必須滿足條件：≤√00(1.2)另外，將(1.1)式對(duì)電場(chǎng)Ei進(jìn)行微分，可以得到電極化的表達(dá)式：(,)==+0++12+12+(1.3)前文提到，雙線性磁電耦合可以在不滿足對(duì)稱性要求(αij=0)下實(shí)現(xiàn)。那么可以得到外加電場(chǎng)為零時(shí)，外加磁場(chǎng)引起的電極化變化量為：

對(duì)稱性(記為I)，Hj的對(duì)稱性與磁化強(qiáng)度M一致，具有時(shí)間反演對(duì)稱性(記為R)。經(jīng)過所有對(duì)稱性操作，晶體磁電耦合項(xiàng)仍然保持不變[43]。對(duì)于具有磁電耦合效應(yīng)的晶體，其對(duì)稱性要素群只能是符合αijEiHj的對(duì)稱要素的子群。由上述可知，耦合項(xiàng)必須同時(shí)具有時(shí)間、空間反演對(duì)稱性破缺的結(jié)構(gòu)，但依次經(jīng)過時(shí)間、空間反演操作后保持不變，其對(duì)稱元素為1′。這就排除了順磁性材料，因?yàn)樗鼈兌紝儆?′點(diǎn)群。以具有磁電耦合效應(yīng)的Cr2O3為例[44]，Cr離子磁矩方向依次經(jīng)過空間和時(shí)間反演操作仍保持不變，晶體對(duì)稱性沒有發(fā)生改變，如如圖1.3所示。所以，磁電耦合要求時(shí)間反演對(duì)稱性破缺，即具有長(zhǎng)程磁有序，且具有IR對(duì)稱性�？紤]到磁結(jié)構(gòu)，原來32個(gè)結(jié)構(gòu)空間群增加到122個(gè)磁點(diǎn)群(Shubnikov群)，其中滿足IR對(duì)稱性的有58個(gè)[44]。圖1.3(a)Cr2O3晶體結(jié)構(gòu);(b)Cr2O3磁結(jié)構(gòu)依次經(jīng)歷空間反演操作和時(shí)間反演操作的變化[44]。Fig.1.3(a)CrystalstructureofCr2O3;(b)Theevolutionofspinconfigurationafterspatialinversionandtimeinversionoperation[44].想獲得強(qiáng)磁電耦合效應(yīng)的有效方法是采用具有鐵電性和磁性的材料，原因有二：（1）鐵電/磁性材料往往具有大的介電常數(shù)/磁化率，據(jù)(1.2)式，能提高磁電耦合系數(shù)的上限；（2）鐵電/鐵磁材料內(nèi)稟電場(chǎng)/磁場(chǎng)間的相互耦合，意味著材料內(nèi)部的鐵電序和（反）磁序之間存在相互影響，在外場(chǎng)作用下，其中一個(gè)序參

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]單相多鐵性材料——極化和磁性序參量的耦合與調(diào)控[J]. 王克鋒,劉俊明,王雨.  科學(xué)通報(bào). 2008(10)



本文編號(hào)：3443363