在快速發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)中,人們對應(yīng)用器件的容量、速度、低能耗等性能的要求越來越高。同時包含電學(xué)和磁學(xué)特性以及交叉特性的多鐵性材料,其存在的極化電荷和自旋磁矩以及相互之間的耦合等等很多自由度都可以用來作為器件的設(shè)計(jì)條件,用以滿足日益發(fā)展的現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的需求。然而,具備豐富物理特性的多鐵性材料,同時對實(shí)驗(yàn)和理論的研究都提出了一些新的挑戰(zhàn)。目前科學(xué)家對單相材料中同時具有鐵電性和磁性的研究比較多,甚至也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了磁電材料之間的耦合與調(diào)控。但問題是同時具有磁性和鐵電性的單相磁電材料在自然界很少,并且有很多問題仍然存在于磁電的耦合的機(jī)制當(dāng)中。本文以多鐵磁電材料的基本理論和應(yīng)用為立足點(diǎn),并結(jié)合目前國內(nèi)外研究的最新進(jìn)展,用第一性原理方法來設(shè)計(jì)新型的多鐵材料并分析磁電耦合效應(yīng)的微觀物理機(jī)制。本文的主要研究內(nèi)容包括:首先,針對目前唯一的室溫多鐵性材料Bi Fe O3進(jìn)行了B位Co摻雜的計(jì)算。研究了Co摻雜對Bi Fe O3體系的電子結(jié)構(gòu)、磁性、鐵電性的影響。通過計(jì)算結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)隨強(qiáng)關(guān)聯(lián)相互作用Hubbard能U值的變化,Co離子的自旋態(tài)發(fā)生改變。17%的Co摻雜使體系表現(xiàn)出鐵磁性,磁性來源于Fe-O-Co之... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

多鐵性材料中各序參量之間的調(diào)控

礦 BaTiO3晶格結(jié)構(gòu)示意圖 (a) 高溫順電相 (b) 低溫鐵電相；在離中心對稱位置，產(chǎn)生鐵電極化；(c) 過渡金屬離子偏離 O 離子軌道雜化 (d) 空 d 軌道和部分填充 d 軌道之間的能級方案[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].磁性材料則要求具有未滿的 d 軌道，這樣才能確保自旋不能完全相互抵消，從而產(chǎn)生凈磁矩。這似乎與形成鐵，因而在很長一段時間內(nèi)為探索磁電多鐵性材料帶來很磁性鐵電體的出現(xiàn)改變了這一局面。因?yàn)?Bi 基多鐵性材 位陽離子的空 d 軌道與 O 離子的雜化導(dǎo)致的極化位移i 的孤對電子與 O 原子的雜化，促使 Bi-O 之間形成較典型的磁電多鐵材料是 BiMnO3[40]、Bi2FeCrO6[41]、Bi也就是說磁性來源于 B 位未填滿的 d 軌道電子，而鐵

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位論文形成上-上-下-下自旋構(gòu)型。在這類 RMnO3中，稀土離子 R 導(dǎo)致旋有序?qū)е?Mn-O 鍵長，Mn-O-Mn 鍵角發(fā)生變化，一般情況下吸引，反鐵磁層相互排斥。為了充分獲得交換能量，鐵磁有序擴(kuò)大有序減小鍵角。作為交換媒介的 O 離子將會趨于減�。ㄔ黾樱﹦印Ｕ怯捎� O 離子與過渡金屬之間的去中心相對位移導(dǎo)致體缺，共線的交換伸縮機(jī)制是發(fā)生相對位移的原因。由此可見，這電同源的機(jī)制。在 RMnO3中[68]，由于特殊的晶格結(jié)構(gòu)，上上下常常被稱為 E 類磁結(jié)構(gòu)。Picozzi 等人首次通過第一性原理計(jì)算O3中具有自發(fā)的鐵電極化[216]，并且計(jì)算值可以高達(dá) 6 μC/cm2，線螺旋序?qū)е碌碾姌O化高近兩個數(shù)量級。隨后實(shí)驗(yàn)上也證實(shí)了 以誘發(fā)鐵電性。


本文編號：3229837