过渡金属掺杂的扶手椅型氮化硼纳米带的磁电子学特性及力-磁耦合效应

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了多种过渡金属(TM)掺杂扶手椅型氮化硼纳米带(ABNNR-TM)的结构特点、磁电子特性及力-磁耦合效应.计算的结合能及分子动力学模拟表明ABNNRTM的几何结构是较稳定的,同时发现对于不同的TM掺杂,ABNNRs能表现出丰富的磁电子学特性,可以是双极化磁性半导体、一般磁性半导体、无磁半导体或无磁金属.双极化磁性半导体是一种重要的稀磁半导体材料,它在巨磁阻器件和自旋整流器件上有重要的应用.此外,力-磁偶合效应研究表明:ABNNR-TM的磁电子学特性对应力作用十分敏感,能实现无磁金属、无磁半导体、磁金属、磁半导体、双极化磁性半导体、半金属等之间的相变.特别是呈现的宽带隙半金属对于发展自旋电子器件有重要意义.这些结果表明:可以通过力学方法来调控ABNNR-TM的磁电子学特性.

基于磁声耦合效应的电导率重建方法研究综述

介绍了基于磁声耦合效应的磁声层析成像(magneto-acoustic tomography,MAT)和磁声电层析成像(magneto-acousto-electrical tomography,MAET)2类电导率成像方法的正问题与逆问题的理论基础,综述了不同成像策略的电导率重建方法的研究进展,分析了基于磁声耦合效应的电导率重建方法在声源模型构建、重建算法和成像速度等方面存在的问题,并展望了未来的发展方向。

磁耦合效应对半无限超晶格中表面电子态的影响

在有效质量近似理论下 ,采用有效垒高方法 ,研究了在沿超晶格生长方向加一有限磁场时磁耦合效应对半无限半导体超晶格中表面电子态的影响 .当考虑超晶格中阱层和垒层之间电子有效质量的差别时 ,沿超晶格生长方向的磁场将导致磁耦合效应的出现 .研究结果表明 ,磁耦合效应不仅引起表面电子能级的量子化 ,而且表面电子能级的大小及其在表面附近的局域程度也依赖于磁场的大小和朗道指数 .此外 ,研究表明布洛赫波数的虚部可以作为一个衡量表面电子态局域程度的物理量 .

GMM,PZT和弹性基板复合磁电耦合效应研究

将超磁致伸缩材料(GMM)、压电材料(PZT-5H)复合于弹性基板上,利用共振原理构造了一种新型的磁电换能器。当激励磁场的频率等于或者接近于弹性基板的固有频率时,GMM将驱动弹性基板振动并发生共振,粘结于基板上的压电材料的输出电压将达到极大。实验研究表明,该器件的磁电耦合电压曲线呈现多个峰值,在800Oe偏置磁场和1Oe交变磁场激励下,谐振点处的磁电耦合电压系数达到1.552V/Oe。

层状复合材料NiMnGa/PZT的磁电耦合效应研究

选取NiMnGa合金和传统的压电材料PbZr0.52 Ti0.48 O3（PZT陶瓷），制备出2-2型层状复合磁电材料NiMnGa／PZT。在室温下测量了其磁电耦合效应，得到了该材料的磁电耦合系数随频率和偏置磁场的变化曲线。由磁电耦合系数随偏置磁场的变化曲线选择合适的模型，对该结果进行了比较理想的拟合，分析了拟合过程及磁电耦合效应的物理机制。可以为设计样品以提高磁电耦合效应提供参考。

多铁性体系中磁电耦合效应及新材料探索

多铁性材料有两个或两个以上的序参量,通过磁电效应可以实现磁电转换功能,在信息存储、传感器等方面具有广阔的应用前景,引起各国材料科学研究工作者的重视.近年来,磁电效应研究在物性研究和探索新材料方面取得了重大进展.

Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.1)Ti_(0.9)O_3/CoFe_2O_4叠层复合陶瓷的制备与磁电耦合效应研究

以CoFe2O4压磁体、掺CuO和CeO2助烧剂的压电体Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3为基本叠层材料,采用界面固相熔融渗透法制备了掺助烧剂Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-CoFe2O4叠层复合陶瓷。叠层复合陶瓷的压电压磁相叠层界面结合良好。随着压磁相与压电相厚度比比率的增加,叠层复合陶瓷的饱和磁致伸缩系数–λ从67×10-6增加到134×10-6、压电系数d33从340 pC/N逐渐减小到205 pC/N;磁电耦合系数先增大后减小,在厚度比为2、外磁场为100 mT时得到最大值3200 mV/(cm.mT)。

钛酸铋铁电薄膜的改性及其复合薄膜的磁电耦合效应研究

对铋层状钙钛矿结构钛酸铋无铅铁电薄膜的制备、改性、失效行为,以及钛酸铋-铁酸钴多铁复合材料进行了研究。通过分析A位和B位离子的极化率和半径关系,设计了一系列复合掺杂钛酸铋基无铅铋层状钙钛矿铁电体系,并制备出了一系列性能优良的单掺杂和复合掺杂的钛酸铋基无铅铁电薄膜,结果表明A位La^(3+)、Nd^(3+)、Eu^(3+)掺杂,B位V^(5+)、Zr^(4+)、Mn^(4+)都可以明显提高薄膜的性能,特别是A位Nd^(3+)掺杂可以很好地提高剩余极化强度和抗疲劳性,B位Mn^(4+)掺杂可以降低矫顽场和漏电电流,有望突破无铅铁电薄膜的应用瓶颈;同时,研究了铁电薄膜及其在辐照条件下的疲劳、保持性能损失和印记失效等失效行为,提出了一个能合理解释印记失效的双界面层的理论模型;还利用化学溶液沉积法制备了不同复合结构(颗粒复合和层状复合)的Nd掺杂钛酸铋/铁酸钴多铁薄膜,并研究了不同复合结构中的磁电耦合效应,研究发现在铁电/铁磁多铁复合材料中,铁电/铁磁界面处两种不同材料之间的原子相互耦合对磁电耦合效应具有很大的贡献。

光纤陀螺磁温耦合效应

提出了磁场和温度场共同作用下光纤陀螺产生磁温耦合效应的理论,建立了相应的数学模型,并对该模型进行仿真分析和实验验证.理论、仿真和实验结果表明,光纤陀螺产生的磁温交叉耦合度来自于磁场产生的非互易圆双折射、不同温度下光纤环上热应力导致的双折射、光纤固有双折射、弯曲双折射等的相互作用.在20℃~60℃的范围内,保偏光纤直径为250μm,拍长为3mm,光纤长度为1 600m,光纤扭转率为1rad/m,光源波长为1 550nm,1 mT径向磁场产生的磁温交叉耦合度的最大值为6.796%.

铁磁纳米结构磁化状态及其磁-力耦合效应的相场模拟

基于随时间变化的Ginzburg-Landau(TDGL)方程,建立了模拟铁磁材料磁-力耦合效应的相场模型。从弱解形式出发,推导出了相关控制方程的有限元格式,然后编制程序进行数值求解。由于有限元对复杂边界有良好的适用性,该模型可用于不同形状铁磁材料的畴结构模拟。通过相场模拟,发现铁磁纳米结构中的磁化会形成涡旋结构,与实验观察到的磁化涡旋结构符合较好。由非均匀磁化引起的结构的变形、应力等力学参量都可以通过模拟一并得到。本文结果表明,改变结构形状可以有效控制磁畴结构的形态,适当的外应力可以改变磁畴结构及其对外磁性的大小。

柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应研究进展

随着现代信息技术的不断发展,集电、磁于一身的多铁复合薄膜材料因其独特的物理特性已在换能器、传感器、存储器等领域应用广泛。然而,尽管多铁复合薄膜克服了陶瓷因高温烧结造成磁电耦合系数较小的缺点,但多铁复合薄膜中的铁电相也存在韧性差、脆性大,从而限制其在柔性器件中的应用。通过将铁磁相与具有柔性的铁电相复合而成的柔性多铁复合薄膜理论上可获得强的磁电耦合性能,同时因其具有优异的柔韧性和延展性,有望应用于便携式可穿戴设备、医疗设备、磁电传感器设备等领域。但是,柔性多铁复合薄膜的磁电耦合效应与磁电相的性能、组成、两相的接触面积以及两相间的复合形式等因素有关,其中,复合形式是影响耦合系数的关键因素。因此,综述了国内外复合形式影响柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应的研究进展,并提出了一些亟待解决的问题。

0-X型磁电复合材料耦合效应研究进展

综述了国内外0-X型复合多铁性材料磁电耦合效应的研究进展。由磁性纳米微粒与铁电相复合而成的0-X型磁电复合多铁性材料具有更大的界面面积、更好的分散性以及因磁性相之间较差的连通性所带来的高阻特性等优点,理论上可获得室温下更强的磁电耦合效应。但是,0-X型磁电复合多铁性材料的磁电耦合效应不仅与铁电相和铁磁相本身有关,还依赖于两相的界面、尺寸、外延应变以及连接形式等因素,其中,磁电相之间的连接形式直接决定了复合材料中磁电相的分散性、界面面积及界面之间的作用力大小,进而影响磁电复合多铁性材料的磁电耦合性能。

0-3型纳米复合材料P(VDF-TrFE)_(x)FOM_(1-x)磁电耦合效应

柔性电子元件的发展日新月异,其中有机薄膜因具有延展性、柔韧性、易制备等优点,使其在智能可穿戴柔性器件领域有着巨大的应用潜力.采用溶胶-凝胶法,利用有机聚合物P(VDF-TrFE)共聚物和有机磁性材料二茂铁间苯甲酰腙(FOM)在柔性聚酰亚胺(PI)衬底上成功制备了0-3型纳米复合薄膜.结构表征表明,FOM纳米颗粒均匀地分布在P(VDF-TrFE)基质中.纳米复合材料的晶体和微观结构取决于P(VDF-TrFE)和FOM的物质的量比,铁电和磁电响应受到FOM纳米粒子浓度的强烈影响.纳米复合薄膜的磁电耦合系数最高为15.1 mV/(cm·Oe).

多铁异质结构中逆磁电耦合效应的研究进展

电场调控磁性能够有效降低功耗,在未来低功耗多功能器件等方面具有巨大的潜在应用前景.铁磁/铁电多铁异质结构是实现电场调控磁性的有效途径,其中室温、磁电耦合效应大的应变媒介磁电耦合是最为活跃的研究领域之一.本文简要介绍在以Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))_(0.7)Ti_(0.3)O_3为铁电材料的多铁异质结构中通过应变媒介磁电耦合效应对磁性、磁化翻转及磁性隧道结调控的研究进展.首先讨论了多铁异质结构中电场对磁性的调控;之后介绍了电场调控磁化翻转的研究进展及理论上实现的途径;然后简述了电场对磁性隧道结调控的相关结果;最后在此基础上,对多铁异质结构中电场调控磁性及磁性器件进行了总结和展望.

三维拓扑绝缘体的磁电耦合效应与冷暗物质轴子

介绍了拓扑绝缘体与量子霍尔效应"家族"的关系和由来,并且从轴子模型的起源角度探讨了三维拓扑绝缘体的磁电耦合效应与冷暗物质轴子模型的联系与区别.结果表明:它们的联系在于材料的电子能带结构和QCD真空结构在拓扑特性上相似,因而有相似的电磁响应;但二者的物理起源不同,有关提议的用磁性拓扑绝缘体(TMI)测暗物质轴子的实验探测的轴子应该是外来的而非TMI产生的.

Ni/P(VDF-TrFE)的铁电性及磁电耦合效应

采用溶胶凝胶法和旋涂法在磁性金属镍片衬底上制备了有机铁电薄膜P(VDFTrFE),利用X射线衍射仪及振动样品磁强计表征了Ni/P(VDFTrFE)样品的晶体结构和金属镍片的磁学性质,结果表明,旋涂制备所得有机P(VDFTrFE)薄膜结晶形成了β相,镍片的饱和磁场约为2000(kAm^(-1)/4π).利用静电计和锁相放大器,研究了样品的电学性质和不同磁场方向的磁电耦合效应.可以发现,金属镍片作为磁性衬底制备得到的Ni/P(VDFTrFE)属于复合多铁性材料,该材料的磁电耦合效应具有各向异性,表现为平行方向大于垂直方向.实验所得结果为复合多铁性材料的制备和测试提供了重要的参考价值.

基于磁电耦合的高频变压器监测设备自供电技术研究

高频变压器稳定运行的关键在于稳定供电的监测设备对其运行状态的实时监测,而监测设备的长时间稳定供电则是监测稳定性的保障。本文首先对目前高频变压器监测设备常用自供电技术进行分析,之后提到磁电耦合效应具有将高频磁场能量转换为电场能量的能力,且输出效率和转换效率均优于其他常用自供电技术。因此本文基于磁电耦合效应提出一种新型自供电技术,构建了以磁电换能器和蓄电池为基础的供电系统,根据磁电换能器等效电路以及其他系统组成电路搭建系统仿真电路,并在此仿真电路的基础上进行该系统在环境扰动情况下电压输出稳定性实验,仿真结果显示当高频变压器电流变化时,系统输出电压在0.003s之内恢复给定输出电压值,证明该系统具有稳定电压输出的快速性和可靠性。

Co2FeGa/BaTiO3多铁隧道结中磁电耦合效应的第一性原理研究

利用第一性原理研究了Co2FeGa/BaTiO3多铁隧道结(MFTJ)中的磁电耦合效应,以及中间势垒层BaTiO3(BTO)的铁电临界尺寸,构建了FeGa/TiO2与Co2/TiO2两种对称性界面结构的多铁隧道结模型.结果表明,FeGa/TiO2与Co2/TiO2界面模型的铁电临界尺寸分别是4个和2个BTO单胞.此外,发现磁电耦合效应主要是由界面原子上磁矩的差异导致的,它们对多铁隧道结中BTO的极化非常敏感,而且这种耦合还与界面相关原子的电子杂化程度有关.另外,不同界面模型磁电耦合强度也是不一样的,Co2/TiO2界面模型多铁隧道结的磁电耦合系数要远大于FeGa/TiO2界面模型多铁隧道结的磁电耦合系数.采用半金属Heusler合金电极的多铁隧道结有望为纳电子器件和自旋电子器件的应用提供新的方法.

《先进材料》:我国制备出强磁电耦合效应新材料

磁性和电性是材料的两种基本功能属性。如何将电、磁两性'集成'到同一体系中,并实现磁场与电场对两种属性的调控,是未来先进多功能电子器件的重要研究方向。中国科学院物理研究所龙有文团队,通过自主研制的独特高压高温实验装置,在世界上首次合成了同时具备大电极化和强磁电耦合效应的新型单相多铁性材料Bi Mn3Cr4O12。

中国科学院物理研究所发现单相多铁性材料中的巨磁电耦合效应

近日，中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家实验室（筹）研究员孙阳等在一种Y-型六角铁氧体Ba0．4Sr1．6Mg2Fe12O22中实现了巨大的磁电耦合效应，获得了高达33000ps／m的正磁电耦合系数和32000ps／m的逆磁电耦合系数，创造了单相材料磁电耦合效应的新世界记录。