Hoá học vật liệu

Vật liệu từ, sắt điện

Liên hệ trật tự từ và phân cực sắt điện với đối xứng tinh thể, đômen, tương tác ghép và linh kiện chức năng.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácHai dạng trật tự

Vật liệu từ có thể duy trì hướng ưu tiên của mômen vi mô; vật liệu sắt điện có thể duy trì hướng ưu tiên của lưỡng cực điện. Cả hai hình thành đômen. Trong vật liệu đa sắt tính, trật tự từ và điện cùng tồn tại, có thể ảnh hưởng lẫn nhau và cho phép điều khiển tính chất này bằng tính chất kia.

Quan sát các đômen sắt tính định hướng ngược nhau và cách điện trường ngoài làm dịch chuyển vách đômen hoặc đảo trạng thái.

Phổ thôngTham số trật tự và đômen

Định nghĩa: Tính sắt điện

Định nghĩa: Ghép từ-điện

Trật tự sắt từ làm các mômen cùng hướng, còn phản sắt từ làm chúng luân phiên nên mômen tổng có thể triệt tiêu. Đômen sắt điện khác nhau về hướng phân cực; vách đômen phân cách chúng và có thể chi phối quá trình đảo chiều cũng như tổn hao.

P_i=\frac{1}{V}\sum_s q_s r_{s,i},\qquad M_i=\frac{1}{V}\sum_s m_{s,i}

Ví dụ

Lời giải

P = p/V = 2,0 × 10⁻²⁸ / 5,0 × 10⁻²⁸ = 0,40 C m⁻².

Đại họcĐối xứng và tương tác ghép

Phân cực tự phát đòi hỏi cấu trúc phân cực; khả năng đảo chiều phân biệt sắt điện với điện môi chỉ có tính phân cực. Trật tự từ cần tương tác trao đổi và cạnh tranh với nhiễu loạn nhiệt. Đối xứng giới hạn các tương tác được phép: đáp ứng từ-điện tuyến tính bị cấm trong nhiều, nhưng không phải mọi, nhóm điểm từ.

Trật tự	Tham số trật tự	Trường điển hình
Sắt điện	Phân cực P	Điện trường E
Từ tính	Từ độ M / trật tự xen kẽ	Từ trường H

Nâng caoCơ chế vi mô

Trong perovskite sắt điện, sự lệch tâm của cation và biến dạng mạng có thể tạo lưỡng cực; trong oxide từ, siêu trao đổi qua oxygen thường quyết định trật tự spin. Tương tác spin–quỹ đạo và cấu trúc spin không thẳng hàng có thể ghép phân cực với trật tự từ, nhưng ghép mạnh không bảo đảm hoạt động ở nhiệt độ phòng hay đảo chiều dễ dàng.

Nghiên cứuBiên giới nghiên cứu

Vật liệu đa sắt tính (multiferroic) là vật liệu mà trong đó

Điều gì phân biệt chất sắt điện với chất điện môi chỉ có cực tính?

Tài liệu tham khảo

Multiferroic and magnetoelectric materials · W. Eerenstein, N. D. Mathur, J. F. Scott, 2006
The evolution of multiferroics · M. Fiebig, T. Lottermoser, D. Meier, M. Trassin, 2016
Electric-field control of local ferromagnetism using a magnetoelectric multiferroic · Y.-H. Chu, L. W. Martin, M. B. Holcomb, M. Gajek, S.-J. Han, Q. He, N. Balke, C.-H. Yang, D. Lee, W. Hu, Q. Zhan, P.-L. Yang, A. Fraile-Rodríguez, A. Scholl, S. X. Wang, R. Ramesh, 2008