多铁性材料及磁性液体简介课件.ppt

《多铁性材料及磁性液体简介课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、多铁性材料及磁性液体介绍髙榮禮磁学国家重点实验室M03组中国科学院物理研究所，北京，1001902012年12月27日主要内容1、多铁性材料1.1多铁性材料的概念1.2多铁性材料的研究历史1.3多铁性材料的磁电耦合效应1.4多铁性材料的分类1.5BiFeO3（BFO）单相多铁性材料2、磁性液体2.1磁性液体的概念2.2磁性液体的性质，用途及合成2.3二元磁性液体介绍1、多铁性材料1.1多铁性材料的概念多铁性材料(Multiferroicmaterials)，顾名思义，就是指具有多种（两种或两种以上）“铁性

2、”有序的材料，这些铁性包括铁磁、铁电和铁弹有序。并且不同的有序态之间存在着耦合，可以用不同的外场相互调控，其关系可以用下图来进行描述。磁性材料的最主要特点是自发磁化，即使在没有外加磁场存在的情况下，磁性材料也处于自发磁化状态，具有自发磁化强度。所以，当有外加磁场的情况下，磁性材料表现出强磁性。强磁性主要有两种表现形式，铁磁性和亚铁磁性。在铁磁材料中，宏观磁化由原子磁矩的同向排列所引起，而亚铁磁材料中存在着磁矩排列方向相反的两种原子或离子。磁滞回线是铁磁性材料在外加磁场下表现出的宏观磁性特性，同时反应了磁畴

3、随外加磁场的变化而发生转向。铁磁性铁磁性：具有稳定的自发磁极化M，随外加磁场H变化时表现出磁滞。铁电性某些晶体在一定温度范围内具有自发极化，而且其自发极化能够随外电场做可逆转动的性质称为铁电性。具有铁电性的晶体称为铁电体。铁电体的重要特征是具有电滞回线，电滞回线的存在是判断晶体为铁电体的重要依据。铁电体典型的P-E电滞回线如图所示，同时，电滞回线也反应了自发极化随外加电场的变化而发生的转向。铁电性：具有稳定的自发电极化P，随外加电场E变化时表现出电滞。铁弹性：具有稳定的自发形变ε，形变随外加应力σ变化时表

4、现出滞后。铁弹性在一定温度范围内，应力与应变关系曲线呈现铁磁体的磁滞回线及铁电体的电滞回线相似特征的材料特性。应变S对应于外力σ的变化有滞后现象，应力与应变呈非线性关系，自发应变方向可因外力场而反向。表征铁弹性的力滞回线,具有铁弹性的晶体称为铁弹体。铁弹体内部自发应变方向一致的区域称为铁弹畴，相邻两铁弹畴之间的过渡层称为畴壁。铁涡性德国和瑞士的研究者发现一种新型的磁有序态：材料中的磁矩按头尾相连的形式冻结下来形成微小的涡旋。这种涡旋可以是顺时针的或逆时针的，并可通过改变电场和磁场的特定组合来改变涡旋的方向

5、。因此，这种磁有序态可以用于制造新型的非常稳定的数据存储装置,这种效应被称作铁涡性（ferrotoroidicity），是被柏林Max-Born学院的物理学家BasVanAken和日内瓦大学的化学家ManfredFiebig在氧化物材料LiCoPO4中发现的。多铁性材料的分类：多铁材料可以简单地分为两大类，一类是单相材料，另一类是复合体系。单相材料中近年来研究较热的材料，主要有如下几类：（1）Bi系钙钛矿结构多铁材料，如BiMnO3，BiFeO3等。它们都具有钙钛矿的ABO3结构，其铁电性来源于A位Bi离

6、子的6s2孤对电子与O2-的2p电子之间的轨道杂化，这一点与PbTiO3的铁电性来源有些类似，因此它们同PbTiO3一样都具有较大的饱和电极化强度。该类材料中的BFO具有ABO3的钙钛矿结构，是一种典型的单相多铁性材料。相比于其它的单相多铁性材料，BFO的铁电相变温度(TC=830°C)和反铁磁相变温度(TN=370°C)[38,39]，都在室温以上，在室温下具有大的电极化和G型反铁磁性（或弱铁磁性）（2）以TbMnO3、DyMnO3和TbMn2O5等为代表的由原子半径较大的稀土族元素形成的正交结构的钙钛

7、矿型锰化合物。这类材料的铁电性来源于自旋阻挫：自旋阻挫引起螺旋磁有序，螺旋磁有序则伴随着由磁弹性耦合引起的晶格调制，从而诱发铁电性。由于其铁电性来源于磁有序，磁场对电极化的调控作用就特别明显，但其饱和电极化强度却很小。在这类材料中，由于电子自旋引起的正弦型的反铁磁磁有序，同时引起磁弹性调制了晶格，使得材料具有产生偏离中心的畸变，从而使材料具有铁电性。研究表明，这类系列材料中可以观测到电场对磁化的调制以及磁场对电极化的调制，具有大的磁电耦合效应。如图]给出了在不同温度下，TbMnO3的介电常数和极化在磁场作

8、用下的变化。可以看出Tflop(B)的峰位随温度的升高向高场方向移动，在温度为12K时可获得最大的磁容效应为12％，电极化随外加磁场变化的最大值为6×10-4μC/m2，这是一种新的磁电效应。TbMnO3的介电常数和极化随外加磁场的变化，外场频率为10kHz另一种很重要的材料是TbMn2O5，在其中首次发现了极化的翻转。如图1-5(a)所示，由极化翻转引起的磁容效应，在3K和28K时分别达到13％和20％。从图1-5(b)可知