多铁性锰氧化物的理论研究

锰氧化物是凝聚态物理与材料物理近年研究的热点。当前最受关注的课题是其多铁性，即在一个单相锰氧化物中，同时存在磁序和铁电序，并且相互耦合。锰氧化物家族几乎涵盖了所有目前已知的多铁机制，并且与同类型的其他多铁性材料相比，性能优异，因此是多铁性材料中最重要的一支。本项目拟开展多铁性锰氧化物的理论研究，重点关注钙钛矿结构锰氧化物中的磁致铁电机制和潜在应用。本项目将研究的主要内容包括：1）在未掺杂的RMnO3（R为稀土离子）中，深入研究螺旋自旋序多铁和E型反铁磁多铁的相竞争物理机制。通过A位离子替代，连续调制电子带宽并引入无序，从而实现多铁性相分离。2）在窄带锰氧化物中发掘具有更多铁相。在特定的掺杂浓度，通过电子自组装的方法，设计新的破坏空间反演对称性的自旋构型，从而获得铁电极化，并有望获得更好的多铁性能。3）研究锰氧化物异质结中的多铁性。通过界面电子重组和应力调制，实现新的多铁相和多铁性的应用。

过去三年中，项目负责人和其团队成员根据申请书既定的研究计划，开展了多铁性锰氧化物和相关体系的理论研究，以及和实验相结合的研究，取得了一系列的研究成果，顺利完成了既定的目标。.主要成果包括：1). 预言、合成、测试、理论分析了一种新型的磁致多铁CaMn7O12 ，并在国际上首次确认了其多铁性，并且获得了很高的居里温度（~90K），很大的铁电极化（多晶样品中>450 uC/m2），很强的磁电耦合。2). 在铁磁双交换模型的基础上，引入铁电场效应，构建了描述铁电场效应异质结的微观模型，系统研究了磁性铁电氧化物异质结中的界面磁电耦合。并设计了可以实现完全铁电控制磁性开关的新型双锰氧化物层多铁器件模型。3). 深入研究了多钟氧化物薄膜、超晶格中的磁相变，磁电耦合。揭示了其中电荷转移、量子限制、应力作用、自旋轨道耦合、铁电极化等多钟物理机制对磁电结构的影响。.具体成果数据如下：1). 发表相关SCI论文26篇（标记本项目基金资助）。其中发表在高水平期刊上论文有Physical Review Letters一篇，并入选编辑推荐；Physical Review B九篇，入选编辑推荐一篇。Applied Physics Letters四篇，另有两篇英文综述。参与撰写英文专著两部，各一章，均已有牛津大学出版社于2012年出版。2). 指导硕士研究生共计5人次，其中1人毕业，1人硕博连读，3人在读。指导博士研究生1名，在读。3). 受邀在国际学术会议作相关内容邀请报告2次，国内学术会议邀请报告4次。另参见国际会议6次，国内会议20余人次。4). 依托本项目，获得国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目一项。