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揭示铽锰氧的巨磁-电效应机制——我室何力新教授获复铁性材料理论研究重要进展

发布时间:2007-11-01
       应用计算机模拟的方法成功揭示复铁性材料铽锰氧中的巨磁-电效应机制,从而为寻找新型多功能磁电材料提供指导――由中国科技大学中科院量子信息重点实验室 何力新教授领导的研究小组,10月26日发表在《物理评论快报》上的相关论文,取得了复铁性材料理论研究的重要进展。

       磁和电是自然界中两种最基本的物理现象,也是材料的两种基本属性。但在一般材料中磁有序和电极化有序同时存在并不常见,彼此之间也没有太强的相互作 用。但 是最近人们发现在一类锰氧稀土化物中同时存在磁有序和电极化有序。学术界将这些磁、电有序同时共存的材料称之为复铁性材料。研究发现这类材料中磁、电序之 间还存在着强烈的相互作用。这种材料的电学性质在外磁场下发生剧烈变化的“巨磁电效应”,由于耦合了材料的多种功能属性,为计算机信息存储的高密度化、器 件小型化和功能的多样化开辟了一条新的道路,同时可望在量子调控领域发挥重要作用。

       铽锰氧化合物是学术界广泛关注的一种典型的复铁性材料。此前,科学家一直试图揭示出此类材料中的磁、电共存和磁、电作用的机理。何力新等从基本的量 子力学 出发,通过计算机模拟的手段全面研究了铽锰氧化合物的晶体结构和电、磁学性质,揭示出了这种材料中磁、电共存和巨磁电效应的奥秘。研究表明这种材料中存在 非常复杂的磁有序态,而且彼此之间相互竞争,使得最终稳定的磁结构不具有空间反演对称性。对称破缺的磁结构进一步与晶格耦合,破化了晶格的空间反演对称 性,从而导致了巨磁电效应。此项研究澄清了此前有争议的该物质的晶体结构,与国际同行的实验结果完全吻合。研究还表明,实验中测得的这种材料的性质可以进 一步改善,从而有着良好应用前景。

       《物理评论快报》审稿意见称:“这是第一个成功地对这种材料的定量理论研究……此项研究会对几乎所有的物理学领域产生影响,并将成为今后复铁性材料研究的一个基础。”