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应变作用下量子顺电材料EuTiO3的磁电性质

周文亮 夏坤 许达 仲崇贵 董正超 方靖淮

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应变作用下量子顺电材料EuTiO3的磁电性质

周文亮, 夏坤, 许达, 仲崇贵, 董正超, 方靖淮

Magnetoelectric properties of quantum paraelectric EuTiO3 materials on the strain effect

Zhou Wen-Liang, Xia Kun, Xu Da, Zhong Chong-Gui, Dong Zheng-Chao, Fang Jing-Huai
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  • 由于磁性和介电性质的强烈耦合, 量子顺电材料EuTiO3材料的研究近来倍受人们的关注. 本文通过运用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了量子顺电(PE) 材料EuTiO3的磁性和电子结构, 分析了应变对磁性和结构相变的作用, 从而探讨了该材料中可能的磁电耦合机理. 结果发现, 在无应变状态下, EuTiO3处于顺电立方-G型反铁磁性态, 而对于c轴方向的无论张应变还是压应变, 当应变增加到一定程度时, 由于Ti 3d空轨道与周围O 2p 电子的杂化平衡被打破, EuTiO3将相变到铁电( FE) 四方-铁磁结构, 显示了强烈的自旋-晶格耦合效应.
    Because of the strong coupling between the magnetic and dielectric properties, the study of quantum paraelectric EuTiO3 has attracted more and more attention in both theoretical and experimental research recently. In this paper, the first principles based on the density functional theory within the generalized gradient approxiamtion is used to investigate the magnetic and electronic structure of quantum paraelectric EuTiO3, and to analyze the effects of the strain on the magnetic and strutural phase transition, in turn to discuss the possible magnetoelectric coupling mechanism of this material. The calculations show that EuTiO3 with the strain-free is in a paraelectric cubic and G-type antiferromagnetic state at low temperature, while appling either compressive or tensile strain along the c-axis to it, the balance of hybridization between Ti 3d and O 2p orbit will be breaken and EuTiO3 will transite from paraelectric and G-antiferromagnetic to ferroelectric-ferromagnetic structure as the strain is increased to a certain value. All those indicate the strong spin-lattice coupling effect in EuTiO3.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 10974104, 50832002), 江苏省教育厅青蓝工程和 南通大学博士 科研 启动基金资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10974104, 50832002), the Qing Lan Project of Education Department of Jiangsu Province, China, and the Initializiing Funds Project on Scientific Research of Doctors in Nantong University.
    [1]

    Ramesh R, Spaldin N A 2007 Nature Mater 6 21

    [2]

    Wang K F, Liu J M, Ren Z F 2009 Adv. Phys. 58 321

    [3]

    Ma J, Hu J M, Li Z, Nan C W 2011 Adv. Mater. 23 1062

    [4]

    Lee J H, Rabe K M 2010 Phys. Rev. Lett. 104 207204

    [5]

    Zhong C G, Jiang Q, Fang J H, Jiang X F, Luo L J 2009 Acta Phys. Sin. 58 7227 (in Chinese) [仲崇贵, 蒋青, 方靖淮, 江学范, 罗礼进 2009 物理学报 58 7227]

    [6]

    Katsufuji T, Takagi H 2001 Phys. Rev. B 64 054415

    [7]

    Jiang Q, Wu H 2003 J. Appl. Phys. 93 2121

    [8]

    Jiang Q, Wu H 2002 Chin. Phys. 11 1303

    [9]

    Shvartsman V V, Borisov P, Kleemann W, Kamba S, Katsufuji T 2010 Phys. Rev. B 81 064426

    [10]

    Kamba S, Nuzhnyy D, Vaněk P, Savinov M, Knek K, Shen Z, Šantavá E, Maca K, Sadowski M, Petzelt J 2007 Europhys. Lett. 80 27002

    [11]

    Fennie C J, Rabe K M 2006 Phys. Rev. Lett.97 267602

    [12]

    Lee J H, Fang L, Vlahos E, Ke X, Jung Y W, Kourkoutis L F, Kim J W, Ryan P J, Heeg T, Roeckerath M, Goian V, Bernhagen M, Uecker R, Hammel P C, Rabe K M, Kamba S, Schubert J, Freeland J W, Muller D A, Fennie C J, Schiffer P, Gopalan V, Johnston-Halperin E, Schlom D G 2010 Nature 466 954

    [13]

    Sushkov A O, Eckel S, Lamoreaux S K 2010 Phys. Rev. A 81 022104

    [14]

    Rushchanskii K Z, Kamba S, Goian V, Vanek P, Savinov M, Prokleska J, Nuzhnyy D, Knzek K, Laufek F, Eckel S, Lamoreaux S K, Sushkov A O, Lezaic M, Spaldin N A 2010 Nature Mater. 9 649

    [15]

    van Mechelen J L M, van der Marel D, Crassee I, Kolodiazhnyi T 2011 Phys. Rev. Lett. 106 217601

    [16]

    Morozovska A N, Glinchuk M D, Behera R K, Zaylichniy B Y, Deo C S, Eliseev E A 2011 arXiv: 1107.1785

    [17]

    Li T X, Zhang M, Wang G M, Guo H R, Li K S, Yan H 2011 Acta Phys. Sin. 60 087501 (in Chinese) [李廷先, 张铭, 王光明, 郭宏瑞, 李扩社, 严辉 2011 物理学报 60 087501]

    [18]

    Hlinka J, Ostapchuk T, Nuzhnyy D, Petzelt J, Kuzel P, Kadlec C, Vanek P, Ponomareva I, Bellaiche L 2008 Phys. Rev. Lett. 101 167402

    [19]

    Choi K J, Biegalski M, Li Y L, Sharan A, Schubert J, UeckerR, Reiche P, Chen Y B, Pan X Q, Gopalan V, Chen L Q, Schlom D G and Eom C B 2004 Science 306 1005

    [20]

    Xue W D, Chen Z Y, Yang C, Li Y R 2005 Acta Phys. Sin. 54 857 (in Chinese) [薛卫东, 陈召勇, 杨春, 李言荣 2005 物理学报 54 857]

    [21]

    Ranjan R, Nabi H S and Pentcheva R 2007 J Phys: Condens Matter. 19 406217

    [22]

    Yang J J, Zhao Y G, Tian H F, Luo L B, Zhang H Y, He Y J, Luo H S 2009 Appl. Phys. Lett. 94 212504

    [23]

    Sondena R, Ravindran P, Stonlen S, Grande T, Hanfland M 2006 Phys. Rev. B 74 144102

    [24]

    Ravindran P, Kjekshus A, Fjellvåg H, Delin A and Eriksson O 2002 Phys. Rev. B 65 06445

    [25]

    Blochl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [26]

    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

    [27]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

  • [1]

    Ramesh R, Spaldin N A 2007 Nature Mater 6 21

    [2]

    Wang K F, Liu J M, Ren Z F 2009 Adv. Phys. 58 321

    [3]

    Ma J, Hu J M, Li Z, Nan C W 2011 Adv. Mater. 23 1062

    [4]

    Lee J H, Rabe K M 2010 Phys. Rev. Lett. 104 207204

    [5]

    Zhong C G, Jiang Q, Fang J H, Jiang X F, Luo L J 2009 Acta Phys. Sin. 58 7227 (in Chinese) [仲崇贵, 蒋青, 方靖淮, 江学范, 罗礼进 2009 物理学报 58 7227]

    [6]

    Katsufuji T, Takagi H 2001 Phys. Rev. B 64 054415

    [7]

    Jiang Q, Wu H 2003 J. Appl. Phys. 93 2121

    [8]

    Jiang Q, Wu H 2002 Chin. Phys. 11 1303

    [9]

    Shvartsman V V, Borisov P, Kleemann W, Kamba S, Katsufuji T 2010 Phys. Rev. B 81 064426

    [10]

    Kamba S, Nuzhnyy D, Vaněk P, Savinov M, Knek K, Shen Z, Šantavá E, Maca K, Sadowski M, Petzelt J 2007 Europhys. Lett. 80 27002

    [11]

    Fennie C J, Rabe K M 2006 Phys. Rev. Lett.97 267602

    [12]

    Lee J H, Fang L, Vlahos E, Ke X, Jung Y W, Kourkoutis L F, Kim J W, Ryan P J, Heeg T, Roeckerath M, Goian V, Bernhagen M, Uecker R, Hammel P C, Rabe K M, Kamba S, Schubert J, Freeland J W, Muller D A, Fennie C J, Schiffer P, Gopalan V, Johnston-Halperin E, Schlom D G 2010 Nature 466 954

    [13]

    Sushkov A O, Eckel S, Lamoreaux S K 2010 Phys. Rev. A 81 022104

    [14]

    Rushchanskii K Z, Kamba S, Goian V, Vanek P, Savinov M, Prokleska J, Nuzhnyy D, Knzek K, Laufek F, Eckel S, Lamoreaux S K, Sushkov A O, Lezaic M, Spaldin N A 2010 Nature Mater. 9 649

    [15]

    van Mechelen J L M, van der Marel D, Crassee I, Kolodiazhnyi T 2011 Phys. Rev. Lett. 106 217601

    [16]

    Morozovska A N, Glinchuk M D, Behera R K, Zaylichniy B Y, Deo C S, Eliseev E A 2011 arXiv: 1107.1785

    [17]

    Li T X, Zhang M, Wang G M, Guo H R, Li K S, Yan H 2011 Acta Phys. Sin. 60 087501 (in Chinese) [李廷先, 张铭, 王光明, 郭宏瑞, 李扩社, 严辉 2011 物理学报 60 087501]

    [18]

    Hlinka J, Ostapchuk T, Nuzhnyy D, Petzelt J, Kuzel P, Kadlec C, Vanek P, Ponomareva I, Bellaiche L 2008 Phys. Rev. Lett. 101 167402

    [19]

    Choi K J, Biegalski M, Li Y L, Sharan A, Schubert J, UeckerR, Reiche P, Chen Y B, Pan X Q, Gopalan V, Chen L Q, Schlom D G and Eom C B 2004 Science 306 1005

    [20]

    Xue W D, Chen Z Y, Yang C, Li Y R 2005 Acta Phys. Sin. 54 857 (in Chinese) [薛卫东, 陈召勇, 杨春, 李言荣 2005 物理学报 54 857]

    [21]

    Ranjan R, Nabi H S and Pentcheva R 2007 J Phys: Condens Matter. 19 406217

    [22]

    Yang J J, Zhao Y G, Tian H F, Luo L B, Zhang H Y, He Y J, Luo H S 2009 Appl. Phys. Lett. 94 212504

    [23]

    Sondena R, Ravindran P, Stonlen S, Grande T, Hanfland M 2006 Phys. Rev. B 74 144102

    [24]

    Ravindran P, Kjekshus A, Fjellvåg H, Delin A and Eriksson O 2002 Phys. Rev. B 65 06445

    [25]

    Blochl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [26]

    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

    [27]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

  • [1] 宋凯欣, 闵书刚, 高俊奇, 张双捷, 毛智能, 沈莹, 储昭强. 磁电机械天线的阻抗特性分析. 物理学报, 2022, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.71.20220591
    [2] 安明, 董帅. 电荷媒介的磁电耦合: 从铁电场效应到电荷序铁电体. 物理学报, 2020, 69(21): 217502. doi: 10.7498/aps.69.20201193
    [3] 申见昕, 尚大山, 孙阳. 基于磁电耦合效应的基本电路元件和非易失性存储器. 物理学报, 2018, 67(12): 127501. doi: 10.7498/aps.67.20180712
    [4] 黄颖妆, 齐岩, 杜安, 刘佳宏, 艾传韡, 戴海燕, 张小丽, 黄雨嫣. 复合多铁链的磁电耦合行为与外场调控. 物理学报, 2018, 67(24): 247501. doi: 10.7498/aps.67.20181561
    [5] 孙晓东, 徐宝, 吴鸿业, 曹凤泽, 赵建军, 鲁毅. Tb掺杂双层锰氧化物La4/3Sr5/3Mn2O7的磁熵变和电输运性质. 物理学报, 2017, 66(15): 157501. doi: 10.7498/aps.66.157501
    [6] 齐伟华, 马丽, 李壮志, 唐贵德, 吴光恒. 金属价电子结构对磁性和电输运性质的影响. 物理学报, 2017, 66(2): 027101. doi: 10.7498/aps.66.027101
    [7] 徐新河, 刘鹰, 甘月红, 刘文苗. 磁电耦合超材料本构矩阵获取方法的研究. 物理学报, 2015, 64(4): 044101. doi: 10.7498/aps.64.044101
    [8] 万素磊, 何利民, 向俊尤, 王志国, 邢茹, 张雪峰, 鲁毅, 赵建军. 钙钛矿型锰氧化物(La0.8Eu0.2)4/3Sr5/3Mn2O7的磁性和电性研究. 物理学报, 2014, 63(23): 237501. doi: 10.7498/aps.63.237501
    [9] 何利民, 冀钰, 鲁毅, 吴鸿业, 张雪峰, 赵建军. 钙钛矿锰氧化物(La1-xEux)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0, 0.15)的磁性和电性研究. 物理学报, 2014, 63(14): 147503. doi: 10.7498/aps.63.147503
    [10] 王琴, 王逸伦, 王浩, 孙慧, 毛翔宇, 陈小兵. Pr含量对Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15室温多铁性的影响. 物理学报, 2014, 63(14): 147701. doi: 10.7498/aps.63.147701
    [11] 李诚迪, 赵敬龙, 仲崇贵, 董正超, 方靖淮. 量子顺电EuTiO3材料基态磁性的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(8): 087502. doi: 10.7498/aps.63.087502
    [12] 王江舵, 代建清, 宋玉敏, 张虎, 牛之慧. BaTiO3/SrTiO3(1:1)超晶格的晶格动力学、介电和压电性能的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(12): 126301. doi: 10.7498/aps.63.126301
    [13] 顾建军, 刘力虎, 岂云开, 徐芹, 张惠敏, 孙会元. 复合薄膜NiFe2 O4-BiFeO3 中的磁电耦合. 物理学报, 2011, 60(6): 067701. doi: 10.7498/aps.60.067701
    [14] 高双红, 任兆玉, 郭平, 郑继明, 杜恭贺, 万丽娟, 郑琳琳. 石墨烯量子点的磁性及激发态性质. 物理学报, 2011, 60(4): 047105. doi: 10.7498/aps.60.047105
    [15] 蒋冬冬, 谷岩, 冯玉军, 杜金梅. 静水压下锆锡钛酸铅铁电陶瓷相变和介电性能研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107703. doi: 10.7498/aps.60.107703
    [16] 潘洪哲, 徐明, 陈丽, 孙媛媛, 王永龙. 单层正三角锯齿型石墨烯量子点的电子结构和磁性. 物理学报, 2010, 59(9): 6443-6449. doi: 10.7498/aps.59.6443
    [17] 邓恒, 杨昌平, 黄昌, 徐玲芳. 双层钙钛矿La1.8Ca1.2Mn2O7磁性相关I-V非线性与电输运性质. 物理学报, 2010, 59(10): 7390-7395. doi: 10.7498/aps.59.7390
    [18] 仲崇贵, 蒋青, 方靖淮, 葛存旺. 单相ABO3型多铁材料的磁电耦合及磁电性质研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3491-3496. doi: 10.7498/aps.58.3491
    [19] 韩立安, 陈长乐, 董慧迎, 王建元, 高国棉, 罗炳成. 层状钙钛矿La1.3Sr1.7Mn2-xCuxO7的磁性及电特性. 物理学报, 2008, 57(1): 541-544. doi: 10.7498/aps.57.541
    [20] 杨 颖, 李启昌, 刘俊明, 刘治国. 铁电磁体Pb(Fe1/2Nb1/2)O3的磁电性能研究. 物理学报, 2005, 54(9): 4213-4216. doi: 10.7498/aps.54.4213
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-08-02
  • 修回日期:  2012-05-10
  • 刊出日期:  2012-05-05

应变作用下量子顺电材料EuTiO3的磁电性质

  • 1. 南通大学理学院, 南通 226007;
  • 2. 苏州大学物理科学与技术学院, 苏州 215006
    基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 10974104, 50832002), 江苏省教育厅青蓝工程和 南通大学博士 科研 启动基金资助的课题.

摘要: 由于磁性和介电性质的强烈耦合, 量子顺电材料EuTiO3材料的研究近来倍受人们的关注. 本文通过运用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了量子顺电(PE) 材料EuTiO3的磁性和电子结构, 分析了应变对磁性和结构相变的作用, 从而探讨了该材料中可能的磁电耦合机理. 结果发现, 在无应变状态下, EuTiO3处于顺电立方-G型反铁磁性态, 而对于c轴方向的无论张应变还是压应变, 当应变增加到一定程度时, 由于Ti 3d空轨道与周围O 2p 电子的杂化平衡被打破, EuTiO3将相变到铁电( FE) 四方-铁磁结构, 显示了强烈的自旋-晶格耦合效应.

English Abstract

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