新型多铁性过渡金属磁性氧化物单晶的各向异性磁热效应

基于磁热效应的磁制冷工艺具有环境友好、高效节能的优点。以往国内外绝大多数研究都集中在铁磁－顺磁相变过程中引起的巨大磁热效应，但到目前为止，磁晶各向异性对各向异性磁热效应影响的物理机制尚不清楚。本项研究选择同时具有多铁性和巨大各向异性磁热效应的YMnO3，GdMnO3, TbMnO3， HoMnO3等单晶氧化物为对象，深入研究稀土和Mn耦合导致丰富的螺旋磁结构对磁热效应的影响，阐明多铁性与磁热效应的内在联系，探索利用电场或电流通过控制多铁单晶的螺旋磁结构和磁电耦合，进而驱动巨大磁热效应的新原理和新方法；重点研究自发磁化强度矢量在转动过程中磁晶各向异性能的变化对磁热效应的贡献；利用超短脉冲激光诱导氧化物单晶的自旋有序－无序转变，实现激光对磁热效应的快速调制；弄清各向异性磁热效应的来源和微观机理，改变目前仅仅通过大驱动磁场产生磁热效应手段单一的不足，解决磁制致冷材料工艺中的关键物理问题。

稀土-锰氧化物RMnO3是一类物理性质丰富的化合物，由于电荷-自旋-轨道三个自由度间强烈的耦合，它成为凝聚态物理这一学科研究的典型化合物。从上世纪五十年代开始，轻稀土-锰氧化物受到广泛关注，磁有序、巨磁阻效应、电荷有序、金属绝缘体转变等特殊的物理现象，目前已有大致清晰的物理图象。而近些年来对重稀土-锰氧化物的研究，又引起了磁电耦合研究的热潮，磁电耦合机制是凝聚态物理中的基本问题之一，也是实现其在自旋电子学等领域应用的前提。 复杂氧化物TbMnO3作为多铁性材料已得到广泛的研究，而对这类材料的磁热效应研究尚未报导。我们以同时具体多铁性和各向异性磁热效应的单晶为研究对象，重点研究新型多铁性稀土－过渡金属氧化物单晶的磁晶各向异性和磁热效应各向异性的内在联系，在多铁性TbMnO3,ErMnO3和TmMnO3等单晶材料中不但观测到巨大磁热效应，而且发现具有大的各向异性磁热效应。这种巨大的各向异性磁热效应发现，可以使人们通过在磁场中转动单晶样品，而不是通过改变磁场或将样品从磁场中移进移出的方法获得磁制冷，有望提供一种全新的，简易可行和低能耗的磁制冷技术方案。.