材料化学

磁性与铁电材料

将磁有序和铁电极化与晶体对称性、畴、耦合及功能器件联系起来。

直觉两类有序

磁体可保留微观磁矩的优选方向；铁电体可保留电偶极子的优选方向。两者都会形成畴。多铁材料中磁有序与电有序共存并相互影响，由此可能用一种性质控制另一种性质。

观察取向相反的铁性畴，以及外场如何推动畴壁或翻转有序态。

定义: 铁电性

定义: 磁电耦合

铁磁有序使磁矩平行排列；反铁磁有序则交替排列，因此净磁矩可能抵消。铁电畴的极化方向不同，畴壁可主导翻转过程和损耗。

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

例题

解答

P = p/V = 2.0 × 10⁻²⁸ / 5.0 × 10⁻²⁸ = 0.40 C m⁻²。

自发极化要求极性结构；可翻转性将铁电体与仅具极性的介电体区分开。磁有序需要交换相互作用，并与热无序竞争。对称性限制允许的耦合：线性磁电响应在许多但并非所有磁点群中禁戒。

有序类型	序参量	典型外场
铁电	极化 P	电场 E
磁性	磁化强度 M／交错有序	磁场 H

在钙钛矿铁电体中，阳离子偏心和晶格畸变可产生偶极；在磁性氧化物中，经氧介导的超交换常决定自旋有序。自旋—轨道作用和非共线自旋织构可耦合极化与磁有序，但强耦合并不保证室温工作或容易翻转。

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
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