《多鐵性材料磁電共存機制及其元激發性質的理論研究》是依託浙江大學，由李有泉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多鐵性材料磁電共存機制及其元激發性質的理論研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：李有泉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著器件小型化、多功能化的發展趨勢，人們對多功能材料的研究越來越重視。新型多鐵性材料集磁性和鐵電性於一身，可實現磁與電的相互調控，在下一代信息產業技術領域中有潛在的巨大的套用價值，最近幾年已迅速成為物理界和材料界的國際研究熱點領域。本項目將基於微觀和巨觀兩方面對新型多鐵材料的磁電耦合機制進行研究。綜合考慮自旋、軌道、電荷、晶格等因素，建立合理模型，研究各個因素對磁電耦合影響的相對重要性。建立巨觀描述多鐵體磁電耦合的多分量Ginzburg-Landau唯象理論。研究有機多鐵性材料的磁電耦合問題，發展新的磁電耦合機制。研究動態磁電耦合問題，建立合適的模型，探討電磁振子的特性，努力去揭示和預言一些新奇的量子現象。
結題摘要
根據該項目研究計畫，我們主要從唯象理論出發，採用理論分析及數值模擬相結合的方法研究了多鐵性材料多方面的性質。基於我們的研究成果，我們在Physics Review B, Applied Physics Letter等國際權威期刊上發表SCI論文6篇, 另有3篇論文在審稿中，實現了項目預期研究目標。具體研究成果可以概括為如下幾點： （1）我們通過連續極限下的具有SU(2)對稱性的局域扭曲自旋模型推導出了帶規範的Landau-Lifshitz方程（gauge Landau-Lifshitz equation）並用這個方程給出了各種自旋序的統一描述。我們提出一種手征磁性薄膜中Skyrmion的釘扎機制。釘扎中心由磁交換強度的局域極大值提供，磁交換強度的大小可以通過局域巡遊電子密度來調節。我們發現解釘扎存在臨界電流強度，其大小和釘扎深度成正比，其數值估計在10^7到10^8A/m^2數量級。 （2）基於最近發現的多鐵性絕緣體材料Cu_2OSeO_3， 我們給出了磁電回響的理論判據。 結合模特卡羅數值模擬和金斯伯格朗道分析，我們預言，在每一個磁相中都會出現回響。同時，最近發現的多鐵性絕緣體材料Cu_2OSeO_3啟發我們尋求除了來自導電電子的自旋轉矩外其他操控Skyrmion的方式。 （3）我們將傳統自旋流力學加以擴展，並運用該方法研究了有傾斜自旋續的多鐵體系中，磁電極化間的動力學相互作用。我們的結果證明可以通過光學測量而精確識別潛在的磁電耦合。此外，基於團簇和鏈模型，我們研究了螺旋多鐵磁中的結合力扭曲效應。這種結合力的扭曲破壞了反演對稱性，因此修正了d-p雜化，這將影響電子極化。我們還研究了由不同團簇組成的三種鏈模型中可能出現的電性序。然後，將理論套用到銅氧化物多鐵性材料中，我們發現理論計算和實驗測量結果在定性上是一致的。 （4）我們提出了關於描述配體八面體傾斜的局域坐標的一般公式。 運用非極化八面體旋轉，我們計算了過渡金屬離子鏈的電極化。 我們發現由於配體旋轉而產生的軌道序和自旋序都決定極化特徵，這證明非消失的極化出現在共線自旋序，同時極化方向不再被限制在擺線序的自旋旋轉平面上 除了以上對多鐵方面的研究以外，藉助該項目資助，我們還對冷原子體系的一些量子性質進行了研究，發表SCI論文四篇。
