【摘 要】
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多铁性材料是一类同时具有多种铁性有序相的新型功能材料,因蕴含丰富的物理性质使其在多功能电子器件领域具备巨大的应用前景,从而受到广泛关注。正交锰氧化物GdMn2O5作为第II类多铁材料,表现出了丰富的磁相变和新颖的物理现象。本论文利用脉冲强磁场技术,探究了GdMn2O5在极端条件下场诱导的磁相变以及奇异的磁电耦合特性。主要内容如下:(1)概述了多铁性材料的研究背景及其分类,简单介绍了磁诱导铁电相变主
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多铁性材料是一类同时具有多种铁性有序相的新型功能材料,因蕴含丰富的物理性质使其在多功能电子器件领域具备巨大的应用前景,从而受到广泛关注。正交锰氧化物GdMn2O5作为第II类多铁材料,表现出了丰富的磁相变和新颖的物理现象。本论文利用脉冲强磁场技术,探究了GdMn2O5在极端条件下场诱导的磁相变以及奇异的磁电耦合特性。主要内容如下:(1)概述了多铁性材料的研究背景及其分类,简单介绍了磁诱导铁电相变主要的物理机制。接着,介绍了稀土锰氧化物RMn2O5(其中R代表稀土元素、Y、Bi)的基本物理性质。详细描述了单晶的制备工艺,并对稳态场和脉冲强磁场的实验装置进行了简要介绍。(2)采用助熔剂法制备了GdMn2O5单晶并利用X射线单晶衍射仪确定了该单晶具有高质量,接着通过稳态场和脉冲强磁场研究了GdMn2O5单晶的磁性。研究发现,在沿着a、b、c三个晶轴方向的脉冲强磁场作用下,其磁化曲线呈现出丰富的磁相变行为,在各个方向上磁化行为存在显著差异,这表明GdMn2O5具有明显的磁各向异性。接着通过脉冲场的变温磁化测量,构建了完整的磁相图。(3)利用脉冲强磁场电极化测量平台,系统研究了GdMn2O5的铁电极化与多铁特性。当磁场沿a方向,GdMn2O5单晶具有场诱导的铁电极化(Pb),且与磁化测量结果高度一致,这表明GdMn2O5具有强的磁电耦合。接着,研究了不同温度和电压对GdMn2O5铁电极化的影响。研究发现,在不同的磁场下,GdMn2O5具有十分复杂的磁电效应。(4)介绍了GdMn2O5在高达25 T的脉冲磁场下具有双稳态记忆效应。研究发现,通过磁场与偏置电场的调控,GdMn2O5的电极化强度Pb在零场下存在高低两种极化态(PH和PL)。接着根据该效应设计了基于GdMn2O5电极化的非易失性记忆器件,该器件可以在不涉及电流的情况下进行原位操作,且高极化态与低极化态(PH和PL)可通过施加外场相互切换,其核心是利用GdMn2O5内部磁畴的转换来实现二进制信息存储。
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