多铁性材料中磁场感应的电极化翻转

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本文首先将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,研究了TbMnO<,3>和MnWO<,4>的磁电耦合效应。我们很好的解释了TbMnO<,3>和MnWO<,4>的一系列有趣的实验现象:例如,自发极化的形成机制,由外磁场引入的电极化翻转的原因,以及外场与温度对自发极化的大小和方向的影响等等。研究认为对于TbMnO<,3>来说Mn的横向磁序参量(即初级序参量的一个分量)是关键,Mn的横向磁序参量的出现导致了自发极化,而Mn的横向磁序参量在ac平面的旋转,即在ab平面存在一个新的Mn磁矩的螺旋反铁磁结构时,系统的电极化发生了翻转;对于MnWO<,4>来说螺旋平面的翻转是关键,即在bc平面Mn磁矩排列为螺旋反铁磁结构,并且自旋有序沿着c轴排列时系统出现了自发极化,而在ab平面存在一个新的Mn磁矩的螺旋反铁磁结构,并且自旋有序方向从c轴转向了b轴时,系统的电极化发生了翻转。
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