錳氧化物中鐵磁鐵電性的微觀物理機制研究

《錳氧化物中鐵磁鐵電性的微觀物理機制研究》是依託南京師範大學，由朱興鳳擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：錳氧化物中鐵磁鐵電性的微觀物理機制研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：朱興鳳
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

磁電多鐵材料通常表現出豐富的磁電性質和耦合效應，在發展可控性多功能微電子器件方面具有廣闊的套用前景，近來已迅速成為物理界和材料界的研究熱點。一系列鈣鈦礦錳氧化物（如RMnO3 和RMn2O5等）被發現是磁電多鐵性材料，錳氧化物作為一種典型的強關聯電子體系，其自旋、電荷、軌道以及晶格等自由度之間強烈耦合，具有豐富的電子鐵電性和磁電效應，但理論上對這種強磁電耦合和電極化的微觀起源還存在著很大的爭議。本項目運用第一性原理方法，研究錳氧化物的極化機理，介電，鐵電，磁電耦合等重要物理性能，計算模擬所得的結果可以直接與已經測得的實驗結果進行對照，討論這類多鐵性材料鐵電性的微觀起源，並通過不同離子的摻雜來研究其對鐵電極化強弱的影響，找出強鐵電構型從而進一步指導實驗研究。

結題摘要

我們用第一性原理方法研究了一系列正交結構錳酸鹽Gd1-xHoxMnO3 (0.0≤x≤1)的鐵電性，電子結構和磁學性質，0.0≤x≤0.5的範圍內，Gd1-xHoxMnO3體系都能保持單一的立方結構，單胞的體積也隨著x 的增大而線性減小，當摻雜濃度繼續增大後0.5≤x≤1，體系結構會發生較大的形變從而導致正交結構的氧原子產生了強烈的Jahn-Teller效應。Ho原子的摻雜導致體系從順電性向鐵電性轉變，使得Gd1-xHoxMnO3體系具有了多鐵性。隨著摻雜濃度的增加，Gd1-xHoxMnO3體系的磁基態結構從反鐵磁A型轉變到非線性自旋態最後轉變為反鐵磁E態，這種不同的磁基態結構的產生主要是由於Mo-O-Mn鍵角的減小導致體系電極化增加的結果。我們還用第一性原理方法研究了Heusler合金Mn2+xCo1-xGa (x=0.0,0.25,0.5)和Co2FeSi以及他們存在反位缺陷時的電子結構和磁學性質。電子結構計算表明無缺陷的Mn2Co1Ga具有半金屬性，當摻雜濃度達到x=0.25,0.5時，體系的這種半金屬性還能夠繼續保持，（i）型反位缺陷並不破壞體系的半金屬性而（ii）型反位缺陷破壞了體系的半金屬性，使得體系向金屬相轉變，隨著Mn原子數的增加，Mn和Co的磁相互作用將會減弱，當反位缺陷出現時，這種相互作用將進一步被削弱。對於Co2FeSi體系，加壓使得自旋向下的帶隙有著微小的增加，說明加壓並不能破壞Co2FeSi體系的半金屬性，考慮反位缺陷後，Fe-Co型反位缺陷嚴重的破壞了體系的半金屬性並減弱了自旋極化強度，而Fe-Si 型反位能繼續保持體系的半金屬性，我們的計算結果還表明Fe-Co型反位和Fe-Si型反位都將較大的影響Co2FeSi體系的磁性。