基本介紹
- 中文名：多鐵性超晶格薄膜中電極化-電磁性-應力耦合的機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳延彬
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
強關聯體系是當今凝聚態物理學的主要研究對象。同時具有鐵電性和鐵磁(或者反鐵磁、鐵氧性)性的多鐵性材料是強關聯體系之一。多鐵材料中物理性質依賴於電子自旋、電極化、聲子和應力之間的耦合。利用脈衝雷射沉積和雷射分子束外延製備多鐵性超晶格薄膜(YMnO3/LaFeO3和GdScO3/SrRuO3)。應力將通過改變襯底,超晶格的總厚度和超晶格組層的厚度來調節。通過透射電子顯微術和微分析對上述超晶格薄膜進行全面的微結構分析(包括晶體缺陷、原子尺度上的元素分布、 鐵電疇和鐵磁疇、薄膜中的應力和相應的亞穩相)。這些薄膜的電、磁性能也將被表征。通過微結構和物理性能的分析對多鐵性材料中電、磁、應力間耦合進行實驗研究。最後基於量子力學的第一性原理和朗道-金茨堡自由能展開計算來分析上述的實驗結果。通過上述薄膜生長-物理性能表征-微結構表征-理論計算來揭示多鐵性超晶格材料中自旋,電極化和應力耦合的物理機制。
結題摘要
在本項目的資助下研究了利用人工和天然超晶格實現多鐵性的可能性。主要得到的結果如下： 1、利用人工超晶格(由反鐵磁材料LaFeO3和反鐵磁性YMnO3材料構成，所使用的襯底包括(001)和(111)SrTiO3)，的確能夠大幅度地提高該系統中的磁性性質。剩餘磁矩和相應的居里溫度分別是0.5-0.8波爾磁子和250K。而且即使沒有長出一個單胞乘以一個單胞厚度的超晶格也可以得到上述結果，這大大減少了樣品合成過程中的難度和對儀器設備的要求。但是在超晶格的鐵電性或介電性能的表征中，由於漏電或者損耗過大，所測得的鐵電和介電性能不理想。 2、利用天然超晶格(Bi4Ti3O12+不同層數的LaFeO3, BiFeO3材料)薄膜實現多鐵性。在該工作中的確發現Bi4Ti3O12-0.5LaFeO3, 和-1.5LaFeO3薄膜中能夠同時存在鐵電性和亞鐵磁性。其相關的剩餘電極化強度和磁化強度分別為0.1 uC/cm2(c方向)和0.1波爾磁子每個單胞。這些數值都是比較大的。並且該多鐵性能夠在室溫下存在。在耦合實驗中(室溫下)卻沒有發現顯著的效應，初步的分析是在該體系中可能是耦合非常弱。可能在低溫下和強磁場下能夠發現顯著的耦合。 3、對這些樣品進行了細緻的微結構分析。結果表明：摻入LaFeO3的系統中當LaFeo3摻入2.5層時Aurivillius結構將被破壞，而在BiFeO3，當摻入3層時，Aurivillius結構都保持非常完整的結構，在SrTiO3系統中，單摻入3層SrTiO3時，Aurivillius結構還保持但是存在了大量的混雜生長(intergrowth)現象。利用第一性原理計算這些系統的焓，所得到的結果完全和實驗吻合。
