论文摘要
磁性弛豫铁电材料是指在一定温度区间内同时具有弛豫铁电性和铁磁（反铁磁）序的材料。弛豫铁电性和磁有序的共存为二者之间的磁电耦合提供了可能。实验上观察到的介电常数在磁相变温度附近的异常成为磁性弛豫铁电材料中存在磁电耦合的标志。并且在进一步的研究后发现,外加磁场作用下介电常数会发生区别于零场下的介电常数行为,这种外加磁场引发的介电常数的变化称为磁电容。在目前发现的磁性弛豫铁电材料中,其磁电容效应远比在钙钛矿结构锰氧化物的铁电磁材料中发现的磁电容效应大的多。在实际的应用方面,磁电耦合效应为传统的传感器、激励器、存储器件提供了一个额外的自由度。例如,多态记忆元,电场控制的磁共振装置、磁控的压电传感器和电场控制的压磁传感器。因此,我们认为对磁性弛豫铁电材料的研究,不仅在理论上具有重要的意义,同时在技术和商业层面有着广阔的应用前景,是材料科学和凝聚态物理研究领域中的前沿课题。本文对磁性弛豫铁电材料介电性质的研究做了以下三个方面的工作:1.磁性弛豫铁电材料的耦合机制的研究。对于普通铁电磁材料中的磁电耦合机制的研究,理论上已做了大量的工作。但是对磁性弛豫铁电材料耦合机制的研究,到目前为止,还被没有涉及过。基于SRBRF模型和Heisenberg模型,我们提出了形如的磁电耦合形式。应用复制理论和平均场理论,我们发现:在没有外电场的情况下,弛豫铁电子系统中无量纲序参量场关联对磁子系统的性质不发生影响,而最近邻的磁自旋对关联< Si·Sj>则通过磁电耦合影响着弛豫铁电子系统的介电性质。并且我们计算出了在磁性弛豫铁电材料中起关键性作用的最近邻的磁自旋对关联< Si·Sj>及其涨落δ< Si·Sj>。2.磁性弛豫铁电材料CdCr2S4静态介电性质研究磁性弛豫铁电材料中自发磁序的出现,导致了系统的介电常数在磁相变温度附近的介电异常。我们认为:因自发磁序而产生的最近邻磁自旋对关联< Si·Sj>通过磁电耦合修正弛豫铁电子系统中极化集团之间的随机相互作用,改变了系统的球玻璃序参量q在磁相变温度附近的值,导致系统的静态介电常数的异常。3.磁性弛豫铁电材料CdCr2S4的动态性质研究。CdCr2S4是磁性弛豫铁电材料的一个代表,在高温时,它的介电性质满足普通弛豫铁电体的介电特性,在84.5K时,发生顺磁-铁磁相变。基于超顺电模型,我们认为:最近邻自旋对关联< Si·Sj>通过磁电耦合修正阻碍极化集团翻转的激活能的大小,使得被冻结在某一方向上的极化集团在温度低于磁有序温度时又能够在它的可能取向上进行热翻转,改变了极化集团弛豫时间的分布,从而导致了介电性质在磁有序处的介电异常。同时,我们还考虑了磁场对介电常数的影响,得出的磁电容效应和实验数据的很好吻合进一步证实了我们想法的正确性。