【摘 要】
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BiFeO3是单相室温多铁性材料,具有铁电性和反铁磁性,在自旋电子学器件上具有重要的应用价值,是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一。本论文基于密度泛函理论和非平衡格林函数方法,对多铁性BiFeO3异质结构的电子结构、磁性和输运特性进行了详细的研究,发现界面耦合引起的新物理现象,并揭示物理机制,为多铁性BiFeO3异质结构在自旋电子学器件上的应用提供坚实的理论基础。本论文的主要工作如下:（1）在
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51671142、51171126、51871161）； 国家自然科学基金大科学装置联合基金项目（U1632152）； 天津市自然科学基金重点项目（16JCZDJC37300）；
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BiFeO3是单相室温多铁性材料,具有铁电性和反铁磁性,在自旋电子学器件上具有重要的应用价值,是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一。本论文基于密度泛函理论和非平衡格林函数方法,对多铁性BiFeO3异质结构的电子结构、磁性和输运特性进行了详细的研究,发现界面耦合引起的新物理现象,并揭示物理机制,为多铁性BiFeO3异质结构在自旋电子学器件上的应用提供坚实的理论基础。本论文的主要工作如下:（1）在四方相BiFeO3/莫特绝缘体LaTiO3异质结构中,发现BiFeO3可诱导LaTiO3发生金属-绝缘体转变,在界面处出现二维电子气,为多铁性材料调控莫特绝缘体的电子结构提供理论基础;（2）在四方相BiFeO3/BiCoO3异质结构中,发现铁电性和金属性可同时存在,丰富了复杂氧化物界面的物性;（3）在菱方相BiFeO3/BiIrO3（111）超晶格中,发现BiFeO3和BiIrO3的相对铁电极化方向可以在BiIrO3中激发能谷极化,并且能谷的自旋极化率受反铁磁性BiFeO3中Fe原子磁矩取向的调控,为氧化物谷电子学器件的设计提供了理论依据;（4）在四方相BiFeO3/Fe4N异质结构中,发现Fe4N表现垂直磁各向异性（PMA）和高自旋极化率。通过施加面内双轴应力,发现轨道振荡对Fe4N的PMA具有保护作用。外电场有效地调控以FeAFeB/Fe-O2为终端的BiFeO3/Fe4N异质结构中各层Fe4N的PMA,这是异质结构中自旋屏蔽效应被打破所导致。特别地,在Fe4N/BiFeO3/Fe4N隧道结中,出现负的隧穿磁电阻,同时偏压可调控该磁电阻的符号。这些结果为BiFeO3/Fe4N异质结构在磁存储器上的应用提供了理论依据;（5）在四方相BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3异质结构中,发现含MnO2终端的异质结构的界面处,BiFeO3的最外层Fe原子上出现了电场可控的净磁矩;La O终端的异质结构表现出强的界面磁电耦合效应;这些结果为深入理解多铁性异质结构中的磁电耦合提供理论依据;（6）在La2/3Sr1/3Mn O3/BiFeO3/Fe4N多铁性隧道结中,发现中间势垒层的铁电极化方向和两端电极的磁化强度相对取向可激发四种阻态;同时,线偏振光照射可以诱导出自旋极化的光电流,实现多阻态。这些结果预测了多铁性隧道结中自旋、铁电和光三者间的耦合作用,为设计多场调控的新型自旋电子学器件提供了理论基础。
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