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《苏州大学》 2007年
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磁电耦合效应对铁电磁体热力学性质的影响

蒋磊  
【摘要】: 铁电磁材料是指在一定温区内同时具有铁电(反铁电)序和铁磁(反铁磁)序的材料。铁电有序和磁有序的共存使其存在内禀的磁电效应(magnetoelectric effect),即铁电有序产生的内电场可以导致电子自旋重新分布而改变系统的磁学性质,自旋有序涨落通过磁致伸缩效应或可能的电-声子相互作用导致铁电弛豫和介电异常。实验上观察到介电常数在磁相变温度处的突变异常成为本征磁电耦合效应存在的标志。铁电磁材料中常见的一种材料是钙钛矿结构的稀土锰氧化物。当稀土锰氧化物RMnO3中R离子半径较大时(R=La,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd和Tb),化合物结晶在正交结构上(空间群为Pbnm);当R离子半径较小时(R=Y,Lu,Sc,Ho,Er和Tm),形成六角结构(空间群为P63cm)。在六角相时,正负电荷的重心发生偏移,出现自发的铁电有序,且铁电有序与磁有序在低温下共存,产生了本征磁电耦合效应。在实际应用方面,磁电耦合对铁电磁材料的热力学性质例如晶格比热,磁比热及热传导等有显著的影响,且为新型磁电和磁光器件,如非失忆性存储器,门铁电场效应晶体管、磁电阻等提供了广阔的潜在应用前景,是材料科学和凝聚态物理研究领域中的前沿课题。 本文对铁电磁材料磁电耦合效应的研究做了以下三个方面的工作: 1.磁电耦合对铁电磁系统的磁性关联的研究。 关于磁电耦合对铁电磁系统的磁电性质例如磁化、极化、磁化率、极化率等的研究,理论已经有了大量的工作。但是,关于磁电耦合对体现系统磁性性质的自旋关联方面的研究却很少。因此,在我们的工作中,我们采用了软模理论和基于海森堡模型的平均场近似方法研究了磁电耦合对铁电、铁磁有序共存系统和铁电、反铁磁有序共存系统的磁性性质的影响。 2.铁电磁体中磁电耦合对晶格比热的研究。 自发磁序导致介电异常的出现,这是铁电磁体中本征磁电耦合存在的标志,而热力学性质,例如比热,在磁有序温度处出现λ型的异常,再次证明了磁电耦合效应的存在,因此我们采用了计入磁电耦合效应的德拜模型来研究铁电磁体的晶格比热。研究结果表明磁电耦合对晶格的比热有明显的影响,会使之出现和自旋关联相一致的翻转现象,且在低温下偏离了传统的德拜T3曲线。 3.六角铁电磁材料中,磁电耦合对磁激发和磁比热的研究。 铁电磁材料中有一类稀土锰氧化物RMnO3,当R离子半径较小时,结晶在六角晶格上,其磁结构在同一平面会形成三角的反铁磁几何失配,最近邻的Mn离子自旋间呈1200。由于RMnO3在高温高压下是一个正交的钙钛矿结构,在以往的理论研究中,一般用体现同一平面铁磁有序和平面间反铁磁有序的A类反铁磁体模型来描述了由外电场(或磁场)诱发的磁电性质。此外,六角锰氧化物同一平面的磁相互作用远强于平面间的相互作用,因此在我们的工作中,考虑到实际的情形,采用了三子格模型来描述基平面上Mn离子的三角磁结构,研究了在这样一种六角铁电磁材料中,磁电耦合对基平面的极化、磁激发谱及磁比热的影响。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O482.52

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