多鐵材料以及Mott絕緣體中的磁電耦合效應(yīng).pdf

1、多鐵材料是指同時(shí)存在鐵電性和磁性的材料，而且在多鐵材料中存在電極化強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度兩個(gè)序參量之間的磁電耦合。在最近發(fā)現(xiàn)的很多材料中存在的這種奇特的交叉耦合，在磁電耦合的起源的基礎(chǔ)研究和多鐵材料的潛在的在器件應(yīng)用方面的研究上，都已經(jīng)引起了很大反響。多鐵材料的優(yōu)勢(shì)在于，我們可以通過磁場(chǎng)控制材料的鐵電性以及通過電場(chǎng)控制材料的磁性。近十多年來，關(guān)于自旋誘導(dǎo)鐵電性的多鐵方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究層出不窮。自旋誘導(dǎo)的鐵電性材料是指，該材料中的空間反演對(duì)稱性

2、是由材料中的磁序所破缺的。而且最近剛剛發(fā)現(xiàn)的鐵軸多鐵材料中，磁電耦合的起源是現(xiàn)有的很多微觀機(jī)制所不能解釋的。另一方面，近期的研究表明在Mott絕緣體中，盡管電荷自由度被很大程度上的抑制了，但是電荷的非局域性還是存在的。Mott絕緣體中，電荷的非局域性會(huì)導(dǎo)致電偶極矩的出現(xiàn)。在本論文中，我們主要進(jìn)行了下面兩個(gè)方面的研究:過渡金屬的八面體配體旋轉(zhuǎn)對(duì)于在多鐵材料中的電極化的影響，以及在阻挫的Mott絕緣體中自旋軌道耦合對(duì)于材料中電偶極矩的影響。

3、首先在第一章，我們回顧了多鐵材料和阻挫的Mott絕緣體中磁電耦合的起源，以及多鐵材料潛在的工業(yè)應(yīng)用。
　　在第二章中，我們研究了自旋和軌道序在鐵軸材料中激發(fā)的電極化。在這類材料中，電極化是由源自八面體配體旋轉(zhuǎn)的軌道序和體系中的軌道序共同激發(fā)的?；谧孕鳈C(jī)制，我們?cè)诒菊撐闹幸惭芯苛艘痪S鏈上的過渡金屬-配體-過渡金屬的團(tuán)簇模型。通過引入局域坐標(biāo)來刻畫在不同格點(diǎn)處的過渡金屬的軌道序。通過計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)電極化是正比于ei,i+1×（e-

4、2αi，i+1(l)xei×e2αi，i+1(l)xei+1），其中ei和ei+1是分別在格點(diǎn)i和i+1處的自旋方向的單位矢量。而且ei,i+1是連接格點(diǎn)i和格點(diǎn)i+1之間的單位矢量，αi,i+1是配體之間的相對(duì)傾斜角以及(l)x是SO(3)生成元的x分量。接下來將得到的電極化與磁序的關(guān)系應(yīng)用到不同的磁序中。我們可以發(fā)現(xiàn)，在共線磁序下，由于配體的傾斜會(huì)導(dǎo)致凈電極化出現(xiàn)，而這一特征在自旋流機(jī)制中時(shí)不存在的。而且在擺線型螺旋序中，電極化的方

5、向不在被局限在螺旋序的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)。并且對(duì)于圓錐磁序激發(fā)的電極化，也有相對(duì)的修正項(xiàng)出現(xiàn)。
　　在第三章中，我們研究了自旋軌道耦合對(duì)于阻挫的Mott絕緣體的電子的離域性的影響。在一個(gè)三角單元中，電荷的重新分布將會(huì)導(dǎo)致電偶極矩的出現(xiàn)。在阻挫的Mott絕緣體中，由于自旋軌道耦合的出現(xiàn)這個(gè)電偶極矩會(huì)出現(xiàn)些新奇的特征。應(yīng)用微擾正則展開，我們可以得到低溫有效的電荷密度和流密度算符。如果體系中存在垂直于三角形平面的DM相互作用矢量，那么擺線型螺旋