鈣鈦礦型材料中磁電耦合的第一性原理研究

《鈣鈦礦型材料中磁電耦合的第一性原理研究》是依託中國科學技術大學，由何力新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鈣鈦礦型材料中磁電耦合的第一性原理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何力新
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

多鐵性材料是指具有多重鐵性的材料。多鐵性材料為信息器件的多功能化，和小型化開闢了一條嶄新的途徑。最近的研究表明CaMnO3等磁性鈣鈦礦中存在非常強的極化聲子與自旋的耦合，可以用於設計新型的，強耦合的多鐵性材料。在本項目中，我們擬通過第一性原理計算的方法研究鈣鈦礦材料中的磁電耦合效應，包括：1. 澄清 CaMnO3 等一類鈣鈦礦中強自旋-極化聲子耦合的微觀起源；2.探索鈣鈦礦多鐵性超晶格中磁電耦合的新機理，探討提高多鐵性超晶格轉變溫度和耦合強度的有效手段；3. 研究電場和磁場等對多鐵性超晶格磁電性質的調控。通過本項目的研究，推動尋找實用化的高溫，強耦合的新型多鐵性材料的進程。

結題摘要

在本項目中，我們主要擬通過第一性原理計算的方法研究鈣鈦礦材料中的磁電耦合效應，包括：澄清 CaMnO3 等一類鈣鈦礦中強自旋-極化聲子耦合的微觀起源；探索鈣鈦礦多鐵性超晶格中磁電耦合的新機理，探討提高多鐵性超晶格轉變溫度和耦合強度的有效手段； 研究電場和磁場等對多鐵性超晶格磁電性質的調控。通過本項目的研究，推動尋找實用化的高溫，強耦合的新型多鐵性材料的進程。圍繞研究任務，我們研究了若干多鐵性材料的磁電耦合機制，並研究了界面效應對磁電耦合的調控，取得了一系列重要的研究成果，完成了預定的研究目標。主要成果包括：1. 澄清了RbFe(MoO4)2的多鐵性機制，鐵電的起源主要有兩個，即面內螺旋磁結構導致的電荷轉移，和二階逆Dzyaloshinskii-Moriya效應導致的晶格形變。2. 最近實驗上發現六角相LuFeO3 (hLFO)是一種少見的室溫多鐵性材料。我們利用第一性原理研究了該材料中磁-聲子的耦合機制。我們發現磁性與K3聲子模的耦合是自旋旋轉的驅動力。K1模和K3模的競爭決定了磁相變的溫度和自旋取向。我們提出通過界面調控或外電場的方法，有可能提高TR的相變溫度，從而實現室溫的鐵磁-鐵電體。3. 發現新型的室溫強耦合的多鐵性材料是多鐵性材料實際套用的關鍵。們計算發現CaTcO3/BaTcO3超晶格具有816K的Neel溫度，因而是室溫的多鐵性材料。4. 我們發現LiBO3 (B=V, Nb, Ta, Os)是超鐵電體。同時我們發現在超鐵電材料中，短程的化學健作用導致鐵電性，與傳統鐵電的機制完全不同。這個工作不僅豐富了我們對鐵電機制的理解，也為我們尋找新型的超鐵電材料提供了指導。