单相ABO3型多铁材料的磁电耦合及磁电性质研究

实验发现多铁性钙钛矿物质YMnO3和BiMnO3在接近磁有序相变温度时,其介电常数和正切损失会出现异常,这些现象说明在物质的磁性和介电性质之间存在耦合.通过对系统磁性和铁电性之间可能磁电耦合方式的分析,考虑在系统哈密顿量中加入与自旋关联和极化相关的耦合项,对铁电子系统应用软模理论,对磁性运用基于海森伯模型的量子平均场近似,研究了外磁场诱导的极化、介电的变化和外电场诱导的磁化的变化等,并将以上结果与实验进行了比较和分析,较为合理地解释了一些多铁钙钛矿物质中的磁电现象.     

Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜的交换偏置效应及其磁电耦合特性

本文采用溶胶-凝胶工艺并结合脉冲激光沉积技术, 在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了Co/Co₃O₄/PZT多铁复合薄膜. 对复合薄膜的微结构和组分进行了表征, 并系统研究了复合薄膜中的交换偏置效应及其对磁电耦合作用的影响. 研究结果表明, 复合薄膜在77 K具有明显的交换偏置效应, 交换偏置场达到80 Oe, 且交换偏置场及矫顽场均随温度降低而增大. 当温度降低到10 K时, 交换偏置场增至160 Oe. X射线光电子能谱(XPS)测试结果证实在Co和Co₃O₄界面处存在约5 nm厚的CoO层, 表明77 K下的交换偏置效应源自反铁磁的CoO层对Co的钉扎作用. 观察到复合薄膜的电容-温度曲线随着外加磁场大小和方向的改变而呈现出规律性的变化, 表明复合薄膜存在磁电耦合效应. 进一步研究发现, 在低温下复合薄膜呈现出各向异性的磁电容效应, 与磁场大小和方向密切相关. 复合薄膜的这种磁电耦合特性主要与复合体系的交换偏置效应及基于界面应力传递的磁电耦合作用有关, 本文对其中的物理机理进行了详细讨论与分析.     

磁电耦合对于多铁性材料CdCr2S4介电性质的影响

多铁性材料CdCr2S4在磁相变温度附近的介电异常现象,为一定温度区间内共存的弛豫铁电性和铁磁性提供了磁电耦合的依据.基于Heisenberg模型,我们计算出了最近邻磁自旋对关联,最近邻磁自旋对关联通过磁电耦合修正阻碍极化翻转的激活能大小,使得被冻结在某一特定方向上的极化又能够在其它的可能取向上进行热翻转,改变了极化弛豫时间的分布,从而导致了介电性质在磁相变温度附近发生介电异常.同时,考虑温度、测量频率和磁场对介电性质的影响,得出的结果和实验数据很好吻合.     

La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3复合薄膜的制备及其电致磁电效应研究

使用脉冲激光沉积技术,在LaAlO₃(001)单晶基片上制备了La_2/3Sr_1/3MnO₃(LSMO)/BaTiO₃(BTO)双层薄膜.X射线衍射分析显示,LSMO层和BTO层呈现纯(001)取向.原子力显微镜研究表明,薄膜表面晶粒大小均匀,排列致密,表面均方根粗糙度为1.4 nm.复合薄膜的磁学、电学性能研究表明,其具有良好的磁学和介电性能.电输运测试显示,与在BTO层上施加正方向 关键词： 磁电效应 铁电/铁磁异质结构 脉冲激光沉积     

复合薄膜NiFe2 O4-BiFeO3 中的磁电耦合

采用化学溶液沉积法(CSD)在Au/Ti/SiO₂/Si衬底上通过自组装生长制备了BiFeO₃-NiFe₂O₄ (BFO-NFO)多铁性复合薄膜.X射线衍射图谱(XRD)显示形成了分离的钙钛矿结构的铁电相BFO和尖晶石结构的铁磁相NFO. NFO的引入导致复合薄膜的泄漏电流减小,剩余极化强度增加.相比于纯BFO薄膜,0.25NFO-0.75BFO样品泄漏电流下降了约两个数量级,剩余极化强度( M _{关键词： 多铁性复合薄膜 磁电耦合 铁电性 铁磁性}     

单相磁电多铁性体研究进展

文章从电磁耦合现象及磁电效应出发,简要介绍了单相磁电多铁性体(铁电磁体)的最新研究进展。     

单相磁电多铁性体研究进展

文章从电磁耦合现象及磁电效应出发,简要介绍了单相磁电多铁性体(铁电磁体)的最新研究进展。     

磁电多铁性材料的宠儿：铁酸铋(BiFeO3)研究进展的十年回顾

近十几年来,由于对新一代高性能(低能耗、高存储密度、高读写速度)电子功能器件的需求,多铁性材料特别吸引人们的关注。在这些多铁性化合物中,铁酸铋(BiFeO₃,简写为BFO)具有高的铁电居里温度和高的反铁磁转变温度,是目前最有应用前景的多铁性材料之一。文章介绍了BFO的晶体结构、铁电极化结构以及反铁磁自旋结构,探讨了在它的基态和高应变状态下,极化与自旋是如何强耦合在一起的。在此基础上,进一步探讨了利用铁电/反铁磁BFO基体系来实现强磁电耦合效应(特别是在低维系统如异质结界面、畴壁或相界中)。文章还对BFO基纳米复合自组装结构中的磁电耦合做了简单介绍。通过对BFO这一多铁性模型体系的研究,可以帮助人们更好地认识铁性材料中衍生出的新奇量子现象,从而利用高等外延生长技术开发和设计新型人造超结构来实现材料的电性、磁性和弹性之间的耦合。     

高温单相多铁性材料与强磁电耦合效应

高温多铁性与强磁电耦合效应是多铁性材料研究领域的两个核心内容。文章首先介绍了已知单相多铁性材料的分类,然后简要综述了一些具有高温多铁性与强磁电耦合效应的代表性材料体系,包括螺旋磁结构六角铁氧体、电荷有序化合物、金属—有机骨架材料等。     

高温单相多铁性材料与强磁电耦合效应

高温多铁性与强磁电耦合效应是多铁性材料研究领域的两个核心内容。文章首先介绍了已知单相多铁性材料的分类,然后简要综述了一些具有高温多铁性与强磁电耦合效应的代表性材料体系,包括螺旋磁结构六角铁氧体、电荷有序化合物、金属—有机骨架材料等。     

多铁异质结构中逆磁电耦合效应的研究进展

电场调控磁性能够有效降低功耗,在未来低功耗多功能器件等方面具有巨大的潜在应用前景.铁磁/铁电多铁异质结构是实现电场调控磁性的有效途径,其中室温、磁电耦合效应大的应变媒介磁电耦合是最为活跃的研究领域之一.本文简要介绍在以Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))_(0.7)Ti_(0.3)O_3为铁电材料的多铁异质结构中通过应变媒介磁电耦合效应对磁性、磁化翻转及磁性隧道结调控的研究进展.首先讨论了多铁异质结构中电场对磁性的调控;之后介绍了电场调控磁化翻转的研究进展及理论上实现的途径;然后简述了电场对磁性隧道结调控的相关结果;最后在此基础上,对多铁异质结构中电场调控磁性及磁性器件进行了总结和展望.     

复合多铁链的磁电耦合行为与外场调控

对含有界面磁电耦合的有限长铁电-铁磁多铁链体系进行了研究,基于矢量离散化思想,构建了描述其磁电性质的微观海森伯模型.利用传递矩阵方法获得了磁化强度、电极化强度、磁电化率等关键热力学量的解析表达式,重点探讨了界面磁电耦合、外场以及单离子各向异性对体系磁电耦合行为的影响和调控.研究结果表明,界面磁电耦合对体系的磁化强度和电极化强度均起促进作用.电场驱动下的电致磁电化率具有更强的磁电关联效应,预示着外电场能够有效地调控体系的磁性行为.而在磁致磁电化率中观察到的低温峰主要源于外磁场的诱导.此外,在高电场作用下体系比热容还呈现出有趣的三峰结构,这种三峰结构是自旋态的热激发以及电偶极矩的电场和温度共同激发导致的.     

准2-2型磁电多层复合材料的磁电性能

用带底座的Pb（Zr,Ti）O₃薄片阵列作为压电相,Terfenol-D粉末与树脂的混合物作为磁致伸缩相,灌注复合得到准2-2型磁电多层三相复合材料.研究了这种准2-2型多层结构在不同偏置磁场和不同角度下的磁电效应.其面内相互垂直的两个方向磁电电压系数分别在0.15和0.225 T磁场下达到峰值,低频下分别为1.62×10⁵ V·m^-1T^-1和1.75×10⁵ V·m^-1T^-1;而在垂直于面内方向,低频下磁电系数仅有1.3×10⁴ V·m^-1T^-1,体现出显著的磁电各向异性.这种准2-2型磁电多层复合材料具有较好的交流磁场灵敏度,在谐振频率下可以探测到10^-9 T的交流磁场的变化.进行合适的设计和排列,可以探测空间磁场的大小和方向,有望应用于磁场传感器等领域. 关键词： 磁电效应 多铁性 多层复合材料     

Electric polarization memory effect in a magnetoelectric multiferroic CuFe1−xGaxO2

Magnetic oxide CuFeO₂ is a magnetoelectric multiferroic with new type of spin–polarization coupling different from that in the spin-current mechanism, where magnetic field-induced or nonmagnetic impurity-induced proper helical magnetic ordering generates a spontaneous electric polarization parallel to the helical axis. Using a CuFe_1−xGa_xO₂ sample with x=0.035, in which the single ferroelectric phase is realized below T_N8 K in zero magnetic field unlike CuFe_1−xAl_xO₂, we have performed pyroelectric current, thermally stimulated current (TSC) and polarized neutron diffraction measurements to study a memory effect that the electric polarization is partially preserved even for 2nd-cooling from above T_N without poling electric field. It was found that the charge trapped during 1st-cooling with poling electric field, which is released as TSC on heating, plays an important role in the memory effect.     

多铁性磁电器件研究进展

多铁性材料可以实现力、电、磁等多物理场之间的相互耦合,在小尺寸、快速响应和低功耗的磁电器件领域具有重要的应用前景.在应用需求的推动下,以具有磁电耦合效应的多铁性材料为基础的磁电器件在设计、微纳加工和性能优化等方面的研究取得了持续的进展.本文简要介绍了基于磁电耦合效应的几种原型器件的最新进展,包括可调谐电感、滤波器、磁电存储器、能量回收器、磁电传感器和磁电天线等,分析总结了各种磁电器件的工作原理及其性能表现,讨论了当前多铁性磁电器件研究所面临的问题和挑战,并提出了改进磁电器件性能的研究方向.