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铁电磁性材料的操控与探索

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第一部分铁电磁性材料基本性质及分类 2

第二部分铁电磁性材料的调控机制研究 4

第三部分铁电磁性材料薄膜合成与表征 8

第四部分铁电磁性材料的磁电效应研究 10

第五部分铁电磁性材料在自旋电子学应用 13

第六部分铁电磁性材料在光子学领域的探索 16

第七部分铁电磁性材料的力电磁耦合效应 19

第八部分铁电磁性材料的新兴应用及展望 21

第一部分铁电磁性材料基本性质及分类

关键词

关键要点

主题名称：铁电磁性材料的晶体结构

1.铁电磁性材料的晶体结构通常为钙钛矿结构或钨青铜结构。

2.钙钛矿结构具有ABO3的组成，其中A为大阳离子，B为小阳离子，O为氧阴离子。

3.钨青铜结构具有Na2WO3的组成，由WO6八面体和Na+离子组成。

主题名称：铁电磁性材料的极化和磁化

铁电磁性材料的基本性质

铁电磁性材料同时具有铁电性和铁磁性，但其铁电性和铁磁性之间的耦合机制却千差万别。铁电磁性材料的基本性质如下：

*自发极化：铁电磁材料在零电场下具有非零的自发极化，并且该极化可以沿材料的某些特定方向反转。

*磁滞回线：铁电磁材料在磁场作用下表现出磁滞回线，即磁化强度滞后于外部磁场的变化。

*磁电耦合：铁电磁材料中的铁电性和铁磁性之间存在耦合，当材料在外加电场或磁场作用下，其电极化或磁化强度会发生变化。这种耦合可以正向或负向。

铁电磁性材料的分类

根据铁电极化与磁化强度之间耦合类型的不同，铁电磁性材料可分为以下几类：

1.I型多铁材料

*电极化和磁化强度同向耦合（正向耦合）。

*外加电场可以增强或减弱磁化强度，反之亦然。

*代表材料：BiFeO3、TbMnO3

2.II型多铁材料

*电极化和磁化强度反向耦合（负向耦合）。

*外加电场可以抑制或增强磁化强度，反之亦然。

*代表材料：HoMnO3、YMnO3

3.IV型多铁材料

*铁电性和铁磁性之间存在竞争关系。

*在临界温度以下，材料表现出铁电性和铁磁性，在临界温度以上，材料表现出顺磁性和顺电性。

*代表材料：FeRhO3

4.其他类型

除了上述主要类型外，还有其他类型的铁电磁性材料，例如：

*半磁铁电材料：同时具有铁电性和反铁磁性。

*磁铁电致伸缩材料：在电场或磁场作用下，材料的体积或形状发生变化。

*复合多铁材料：由铁电材料和磁性材料复合而成。

其他重要特征

除上述基本性质和分类外，铁电磁性材料还具有以下重要特征：

*磁电效应：材料的磁性可以通过电场进行调控，反之亦然。

*高介电常数：铁电磁材料通常具有高介电常数，为电子器件的微型化提供了可能性。

*低损耗：铁电磁材料往往具有较低的介电损耗和磁损耗，这有利于器件的稳定性和效率。

*多功能性：铁电磁性材料同时具有铁电性和铁磁性，使其在传感、存储、自旋电子学等领域具有广阔的应用前景。

第二部分铁电磁性材料的调控机制研究

关键词

关键要点

薄膜应变调控

1.外加应变改变晶体结构，调控铁电极化和磁序，实现多铁性耦合的增强或改变。

2.应变诱导相变，在铁电体和磁性材料界面形成新的多铁性相，拓展材料的铁电磁性性能。

3.通过应变梯度调控界面耦合，实现调控磁畴结构、铁电畴壁运动等微观特性。

化学掺杂与缺陷工程

1.引入合适的杂质离子，调节晶格结构和带结构，改变铁电磁极化和磁性矩，增强多铁性耦合。

2.缺陷工程，如氧空位、点缺陷，可影响电子态和晶体结构，调控铁电磁性性能，如磁电效应、自旋极化率。

3.不同价态离子的共掺杂，可产生局部晶格畸变和电子重构，实现铁电磁性耦合的显著调控。

表面和界面效应

1.表面和界面处的原子排列和电子态不同于体相，导致铁电磁性性质的改变，如界面增强效应、磁极化等。

2.异质界面耦合调控，如铁电体与磁性体的界面，可诱导铁电极化与磁序之间的耦合，产生新的多铁性现象。

3.表面功能化和修饰，通过改变材料表面化学性质，调控铁电磁界面耦合，影响多铁性性能。

外场调控

1.电场、磁场和光场等外场，可改变铁电极化和磁有序，实现多铁性耦合的非易失调控。

2.外场诱导相变，在特定场强下触发铁电磁性材料的相位转变，调控其多铁性性能。

3.外场与应变、杂质掺杂等协同调控，可实现多铁性耦合的精细操控和拓宽功能应用。

多尺度调控

1.从原子尺度到宏观尺度，通过不同手段调控铁电磁材料的结构和性能，实现多尺度耦合效应。

2.多尺度建模和表征，结合实验测量和理论计算，深入理解调控机制和建立预测模型。

3.多尺度调控可实现器件优化和性能提升，拓宽铁