自旋失措体系中磁致多铁性的计算研究

多铁性是目前凝聚态物理研究的前沿领域。最近几年，在失措体系中发现的磁致多铁性日益受到人们关注并已成为一个十分活跃的课题。对于磁致多铁性，铁电性质来源于空间反演对称性破缺的自旋有序相，这使得电极化和磁有序两者紧密耦合。其应用潜力巨大。但到目前为止，在这类材料中所能观测到的电极化与磁矩偏弱且出现温度偏低。这些不利因素制约了磁致多铁性材料的发展，相应微观机制的研究目前尚处在探索阶段。本项目针对磁致多铁性，从失措对自旋构形的调制出发，应用计算模拟的方法，深入研究这一类磁电耦合的微观机制。在保持磁电强耦合的条件下，探寻通过以下方式优化磁电性质的可能途径：1)研究圆锥自旋序，探寻增强磁矩的方法；2)寻找出现多铁性的新体系新机制，探索增强电极化的方式；3)分析相互作用竞争，探讨提高多铁性出现温度的办法。以上研究将促进多铁性材料的研发与应用。

磁致多铁性，铁电性质来源于空间反演对称性破缺的自旋有序相，这使得电极化和磁有序两者紧密耦合，其应用潜力巨大。一般在非共线的螺旋磁结构中由反对称的相互作用导致交换伸缩，使得离子发生位移形成铁电极化。而在共线磁结构中，由对称的交换作用导致的交换伸缩也可使离子位移形成铁电性。本项目从失措对自旋构形的调制出发，应用计算模拟的方法，对这两类磁序导致的多铁性都进行了细致研究。对于共线磁序导致的铁电性，我们针对Ca3CoMnO6这一材料的多铁行为进行研究。通过计算模拟很好解释了实验观察到的磁电行为，特别是奇异的order by disorder 现象。 对于非共线磁序导致的铁电性，我们针对特殊的圆锥磁致多铁性进行了研究，给出了尖晶石结构中圆锥磁序出现的条件，合理解释了LKDM理论与实验的差别。详细分析了通过调节磁性失措有效调节圆锥磁结构，并由此实现对相应磁电性质的控制。通过研究圆锥磁序所导致的多铁性对于外场的各种敏感响应，揭示尖晶石结构中垂直于磁结构调制波矢的平面是一个磁电性质的优势平面。只要磁各向异性不强，在这个平面上就容易实现磁性和铁电性之间非常灵敏的交互控制。以上研究将促进多铁性材料的研发与应用。