1. 研究目的与意义
多铁性材料是指在一定温区内同时具有铁电（反铁电）序、铁磁（反铁磁）序和铁弹序的材料。目前研究最为广泛的多铁性材料是指同时拥有极化有序和磁有序的材料。因而，这两种有序之间的耦合作用（磁电效应）是研究的热点。所谓磁电效应，即通过加入外电场感应出磁化，或通过加入外磁场引入极化。自从磁电效应的首次发现以来，人们就意识到，材料的磁性质与电性质的相互渗透将有巨大的科技运用前景。自上世纪60-70年代以来，由于这类材料的不断发现以及两种有序共存耦合导致某些特有的物理性质，而使之备受人们的关注，通过磁电耦合，铁电有序或外电场可导致自旋的再分布而改变系统的磁性质，同样由于自旋有序的涨落通过磁致伸缩可能的电声子作用可导致铁电驰豫或介电异常。磁电效应主要存在于两类物质中，一类是自旋轨道有序的物质所表现出的外场（磁场或电场）诱导的线性磁电效应,又被称为磁场感生的电矩效应或电场感生的磁矩效应。通常将这类具有线性磁电效应的物质称为磁电体。而另一类是多铁性材料，它除了具有一般磁电体的性质外，还由于固有的本征磁有序和铁电有序的耦合使之存在内禀磁电效应。实验上已经发现了由于内禀磁电耦合导致的介电异常。但就这两种有序的耦合机制及其作用形式和本质还缺乏深入的研究。
2. 研究内容和预期目标
多铁性材料是指在一定温区内同时具有铁电（反铁电）序、铁磁（反铁磁）序和铁弹序的材料。最近在一些多铁性材料中发现了巨大的磁电和磁电容效应，这类多铁性材料的铁电性质与普通铁电体的不同，其铁电极化并非初级序参量，而是次级序参量。磁相变和铁电相变在同一温区，铁电极化的出现同某些特殊的磁矩结构有关，而且一定强度的外磁场可以改变极化的方向,因此这类多铁性材料是一种非本征铁电体。在本章中，我们把朗道的非本征铁电相变理论推广到铁电磁体的研究中，在自由能表达式中特别加入磁和应力的耦合项，并且考虑了外磁场对铁电相变的影响。钙钛矿结构的稀土锰氧化物 （ 和 ）是典型的多铁性材料。实验表明 的晶格结构为正交形变结构，当温度到达某一磁相变温度后，顺电相不再稳定，出现了由磁感应的自发极化，并且外磁场会影响自发极化的大小和方向。朗道将对称破缺引入到相变理论，将序参量的出现和对称性的降低联系起来，取得了很大成功。不同数目和物理意义的序参量可以描述不同类型和特征的相变，而非本征铁电相变是这众多相变中的一种，通过引入初级序参量和次级序参量的概念，朗道相变理论给出了非本征铁电相变中自发极化对温度的依赖性。
预期目标：首先，了解稀土锰氧化物；其次，学习朗道的非本征铁电相变理；最后利用朗道的非本征铁电相变理论来研究稀土锰氧化物中磁场感应的电极化翻转。
3. 研究的方法与步骤
步骤；首先我们把朗道的非本征铁电相变理论推广到多铁性材料的研究中，对于多铁性材料来说两个初级磁序参量可以在不同温度出现，这与传统意义上的非本征铁电体是不同的，也是多铁性材料的一个特点。在自由能表达式中我们特别加入磁和应力的耦合项，并且考虑了外磁场对铁电相变的影响。
其次基于朗道的非本征铁电相变理论的推广结论，研究磁电耦合效应。
研究方法；用漂浮区域法制备晶体，并测出顺电相和铁电相锰的磁矩结构。
4. 参考文献
1. T. Kimura, T. Goto, H. Shintani, K. Ishizaka, T. Arima, and Y. Tokura, Nature 426, 55 (2003) 2. T. Kimura, S. Ishihara, H. Shintani, T. Arima, K. T. Takahashi, K. Ishizaka, and Y. Tokura, Phys. Rev. B 68, 060403 (2003) 3. T. Kimura, G. Lawes, T. Goto, Y. Tokura, and A. P. Ramirez, Phys. Rev. B 71, 224425 (2005) 4. T. Goto, T. Kimura, G. Lawes, A. P. Ramirez, and Y. Tokura, Phys. Rev. Lett. 92, 257201 (2004) 5. T. Arima, T. Goto, Y. Yamasaki, S. Miyasaka, K. Ishii, M. Tsubota, T. Inami, Y. Murakami, and Y. Tokura, Phys. Rev. B 72, 100102(R) (2005) 6. R. Kajimoto, H. Yoshizawa, H. Shintani, T. Kimura, and Y. Tokura, Phys. Rev. B 70, 012401 (2004); 70, 219904 (2004) 7. M. Mostovoy, Phys. Rev. Lett. 96, 067601 (2006) 8. I. E. Chupis Low Temp. Phys. 31, 858 (2005) 9. H. Katsura, N. Nagaosa, and A. V. Balatsky, Phys. Rev. Lett. 95, 057205 (2005) 10. M. Kenzelmann, A. B. Harris, S. Jonas, C. Broholm, J. Schefer, S. B. Kim, C. L. Zhang, S.-W. Cheong, O. P. Vajk, and J. W. Lynn, Phys. Rev. Lett. 95, 087206 (2005) 11. G. Lawes, A. B. Harris, T. Kimura, N. Rogado, R. J. Cava, A. Aharony, O. Entin-Wohlman, T. Yildirim, M. Kenzelmann, C. Broholm, and A. P. Ramirez, Phys. Rev. Lett. 95, 087205 (2005) 12. T. Lottermoser and M. Fiebig, Phys. Rev. B 70, 220407(R) (2004), and references therein. 13. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media (Pergamon, New York, 1975). 14. S. Kawasaki, M. Takano, R. Kanno, T. Takeda, and A. Fujumori, J. Phys. Soc. Jpn. 67, 1529 (1998). 15. M. Mostovoy, Phys. Rev. Lett. 94, 137205 (2005). |
5. 计划与进度安排
1. 第七学期1418周: 学生网上选题，视学生选题情况作适当调整。选题结束，指导老师向学生下达任务，学生根据要求收集资料。 2. 1920周：指导教师完成毕业论文任务书的填写。 3. 第八学期1周2022年3月2日-3月6日：毕业论文工作动员，组织指导老师和青年教师进行交流、培训。 4. 12周2022年3月2日-3月13日：指导教师向学生讲授所选论题的状况和要求等。 5. 23周2022年3月9日-3月20日：指导教师修改和审定学生论文开题报告。 6. 413周2022年3月23日-5月29日：学生按开题报告撰写论文。 7. 910周2022年4月27日-5月10日：学生汇报课题进展情况，回答教师提问。各系进行自查，并配合教务处论文中期检查。 8. 12周2022年5月18日-5月24日：指导教师批阅论文初稿，提出修改意见。 9. 1314周2022年5月25日-6月3日：经指导老师批阅，达到质量要求后定稿。 10. 1415周2022年6月4日-6月10日：指导教师写出评语，给出成绩等第;评阅教师评阅。 11. 1516周2022年6月11日-6月17日：学生答辩，答辩委员会提出终审意见，确定成绩，填写评议书。 12. 16周2022年6月18日：整理材料，做好总结，上报教务处。 |
