新型多鐵性材料的理論研究

《新型多鐵性材料的理論研究》是依託復旦大學，由向紅軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型多鐵性材料的理論研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：向紅軍

項目摘要

多鐵性材料（同時具有兩種或兩種以上的鐵性質的材料）不但具備單一的鐵電性、鐵磁性等性能，而且通過各種鐵性能的耦合協同作用能產生一些新的功能，因而受到廣泛關注。在目前發現的基於鈣鈦礦的單相多鐵性磁電材料中，磁電效應很微弱或可觀察到磁電效應的溫度很低，無法實際套用。近來，科學家發現了一些多鐵性尖晶石體系，並發現外延應力可以調製體系的電磁性質。在此研究中，我們將系統地研究多鐵性尖晶石體系的磁性及鐵電性質，找出描敘尖晶石體系自旋耦合、磁電耦合、自旋晶格耦合的簡化模型，發現尖晶石體系的磁相互作用的規律，理解磁序誘導的晶格畸變的機理，進而設計高溫的具有強磁電效應的尖晶石單相多鐵性材料。另外，我們將研究多鐵性材料與磁性材料或鐵電材料之間的界面及其超晶格量子態的磁電耦合特性，研究界面量子態及外延應力對氧化物界面或超晶格多鐵性能的調製，預言具有高溫多鐵性的超晶格或界面體系。

結題摘要

本項目以多鐵性體系作為具體研究對象，旨在理解多鐵性的物理機制和預言新的多鐵性材料。項目研究成員集中研究了磁性多鐵性材料多鐵性的微觀機理，提出了自旋序誘導鐵電性的統一極化模型。結合該模型和第一性原理計算不僅解釋了之前理論不能理解的實驗現象，而且發現了新的多鐵性機制。該模型為理解多鐵性機制，預言新多鐵性材料提供了物理基礎和有效手段。在磁性氧化物表面/界面方面，發展了預言表面/界面量子態全局最佳化方法，並編制了相應的程式包。發現在外延拉升應力下，錳氧化物薄膜存在全新的具有大極化和較高轉變溫度的多鐵態，提出利用外延生長薄膜的辦法來改善錳氧化物的多鐵性；發現在六角鐵氧體BaFe12O19是室溫亞鐵磁-反鐵電共存的新型多鐵性材料；提出非對稱多鐵性的新概念並預言基於LiNbO3結構的Fe-Mo-Cr超晶格是室溫非對稱多鐵性材料。該項目的完成不僅為理解多鐵性機制提供了堅實的基礎，也為設計高性能新型磁電材料指明了新方向。項目共發表SCI論文12篇，其中Phys. Rev. Lett.兩篇，Phys. Rev. X一篇，Phys. Rev. B六篇。