鐵電/鐵磁複合薄膜多場耦合特性的相場研究

《鐵電/鐵磁複合薄膜多場耦合特性的相場研究》是依託浙江大學，由王傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鐵電/鐵磁複合薄膜多場耦合特性的相場研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：王傑
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

本項目將對鐵電/鐵磁複合薄膜在力、電、磁多場耦合作用下的微結構演化及行為和特性進行深入系統的研究。結合Landau相變理論和微磁理論建立新的多場耦合相場模型，用於研究鐵電/鐵磁柱狀和層狀納米複合材料中鐵電疇和鐵磁疇的演化規律、在耦合場作用下的相變和疇變，探討微觀疇結構和巨觀特性之間的內在關聯。針對磁電薄膜的不同複合形式，考慮不同材料相之間的晶格錯配，研究由錯配應變所引起的材料磁電耦合特性的改變以及可能出現的新物理現象。利用界面熱力學和相場理論中擴散界面概念，來研究相界和疇界的力學、電學和磁學特性，以及由界面所產生的尺寸效應。通過對上述關鍵多物理場耦合問題的研究，本項目的成果將給出磁電複合薄膜各種巨觀性能的微觀機理，指出提高磁電耦合效應的各種可能途徑，為磁電複合薄膜的工程套用提供理論基礎。

結題摘要

本項目在鐵電/鐵磁材料的相場理論及其套用、多場耦合作用下磁電薄膜的微結構演化、微觀疇結構與巨觀特性之間的關聯、磁電材薄膜能調控等方面取得了創新性的重要研究成果，尤其在“鐵電多晶材料和鐵磁材料的相場建模”和“多場耦合作用下極化渦旋以及磁化渦旋的演化動力學”兩個方面頗具特色。本項目研究成果給出了磁電材料巨觀性能的微觀解釋，指出了提高磁電材料多場耦合性能的可能途徑，對磁電材料的理論發展和工程套用具有重要的意義。項目組不僅全面完成了預期的研究目標，而且還對相關的前沿課題進行了有益的探索，具體體現在以下幾個方面：1. 基於Landau相變理論和非均勻界面熱力學理論，考慮不同的晶粒取向，建立了實空間下多晶鐵電材料的新型多場耦合相場模型。採用此鐵電多晶相場模型分別研究了晶粒取向分布和晶界厚度對鐵電材料多場耦合特性的影響，發現晶粒取向分布和晶界厚度可以對鐵電材料的多場耦合特性進行有效地調控。2. 基於Maxwell電磁理論和Landau相變理論，建立了能夠描述鐵電材料中載流子遷移的相場模型，並用此模型研究了電導率對鐵電材料性能的影響，包括鐵電薄膜中疇結構的演化和極化翻轉行為。3. 基於鐵磁材料的熱力學理論和微磁模型，構建了實空間下能夠包含力磁耦合的鐵磁材料新型相場模型。採用此模型對鐵磁材料中磁化渦旋在力-磁多場耦合作用下的演化進行了研究，模擬得到了磁化渦旋在磁場下的湮滅和在應變下的反轉。4. 結合鐵電和鐵磁材料的新型相場模型，建立了能夠同時描述鐵電疇和鐵磁疇演化的多鐵型相場模型，對不同組分和尺寸的磁電複合薄膜的多場耦合性能進行了模擬研究。此外，還研究了鐵電薄膜中錯配應變、原子空位、位錯、裂紋以及“死層”等對鐵電薄膜多場耦合性能的調控。基於以上研究成果在Acta Mater, PRB, APL, IJSS, JAP等期刊上發表SCI收錄論文17篇 ，開發了模擬程式兩套。項目組成員參加國際會議8次（包含2次邀請報告和1次主旨報告）。項目組已培養碩士畢業生3名，組織了國際研討會1次和國際/國內學術會議分會場3次。