磁電材料中新型元激發的理論研究

《磁電材料中新型元激發的理論研究》是依託復旦大學，由向紅軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：磁電材料中新型元激發的理論研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：向紅軍

項目摘要

由於磁電耦合的存在，磁電體系中的元激發表現出一些不同尋常的現象：（1）磁序的形成可能導致聲子頻率的反常移動和模式劈裂；（2）動態磁電耦合會引起自旋振盪和晶格振動的耦合，從而出現了電激活的磁振子，即電磁振子。然而，磁電體系動態磁電耦合的微觀物理機制仍不清晰。在本項目中，我們將結合第一性原理計算和模型哈密頓方法來研究磁電體系的新型元激發現象。特別地，我們將發展計算自旋-聲子耦合參數的第一性原理方法。通過採用二次量子化的方法求解總哈密頓，我們可以獲得聲子，磁振子，及電磁振子的頻率和模式，進而計算由於這些激發導致的紅外吸收光譜。利用這個方法，我們將研究磁電體系（BiFeO3，氧化物界面體系等）的自旋-聲子耦合的機制，研究磁序對聲子頻率和簡併度的影響；理解各種磁電體系（TbMnO3等）電磁振子的微觀機制，發展描敘動態磁電耦合的統一模型。該項目的開展將進一步推動磁電材料在磁振子學等領域的實際套用。

結題摘要

由於磁電耦合的存在，磁電體系中的元激發表現出一些不同尋常的現象：（1）磁序的形成可能導致聲子頻率的反常移動和模式劈裂；（2）動態磁電耦合會引起自旋振盪和晶格振動的耦合，從而出現了電激活的磁振子，即電磁振子。然而，磁電體系磁電耦合的微觀物理機制仍不清晰。為了理解磁電耦合的微觀物理機制，本項目開展了如下理論研究：（1）基於第一性原理方法，構造包含自旋-聲子耦合的磁電體系總哈密頓；（2） 研究磁電體系的磁性結構引起的聲子頻率移動和模式劈裂；（3）研究磁電體系的電磁振子的機制。主要研究成果包括進一步發展了自旋序誘導鐵電極化的統一極化模型；預言了具有強磁電耦合的室溫多鐵材料Zn2FeOsO6；預言了亞鐵磁-反鐵電共存的新多鐵類型；預言了二維磷氧化合物中由孤對電子導致的超鐵電性；發現了鈣鈦礦超薄薄膜中的新奇鐵電機制；研究了CrI3和CrGeTe3中的自旋-聲子耦合；發現了CuFeO2中動態磁電耦合的機制；自主開發了研究磁電耦合的程式包。 在項目的資助下，項目負責人共發表SCI論文47篇，其中Phys. Rev. Lett. 1篇，Phys. Rev. X 1篇，J. Am. Chem. Soc. 1篇，Nano Lett. 2篇，Angew. Chem. 1篇。在國際會議上作邀請報告6次。該項目的開展不僅加深了人們對於磁電耦合的認識，而且將進一步推動磁電材料在磁振子學等領域的實際套用。