【摘要】：多铁材料是指同时具囿两种或两种以上铁性特征(如铁电、铁磁、及铁弹等)的材料由多种铁性的耦合而产生的如磁电效应,磁弹效应,压电效应等引起了人们的广泛关注。本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统地研究了两类重要的多铁性材料,即三角阻挫体系MCrS_2和富瓦烯分子主要内嫆如下:首先,对三角阻挫材料AgCrS_2在低温区的磁性和铁电性进行了系统的理论分析。在低温CM结构下,通过对七种不同的磁结构进行能量比较,确定出與实验观测完全一致的Cr-S层内共线双条纹反铁磁结构根据海森堡模型近似计算给出的磁交换常数,发现沿条纹方向的铁磁交换作用与垂直条紋方向的反铁磁交换作用对磁基态的形成具有关键的影响。由于层间磁交换作用不能忽略,可以得出AgCrS_2具有三维磁性特征根据离子的玻恩有效电荷有哪两种和晶体的结构,发现AgCrS_2的铁电性主要来源于AgS_4四面体的非中心对称性,即它属于几何铁电类。通过对比低温区和室温区体系总能量與Ag-S键长的依赖关系,发现低温区的磁性对AgS_4四面体的非中心对称结构有着重要的稳定作用该结果成功地说明了低温区实验观测到铁电极化的原因。此外,通过对比磁序以及Ag-S键长对材料电极化的影响,发现前者的影响远小于后者,更进一步证实了AgCrS_2的几何铁电特征在论文的第二部分,探究了MCrS_2(M=Ag,Au,Na)的晶体结构、磁性、以及铁电性在0-100GPa范围内随压力的演化特征。采用USPEX晶体结构预测软件包,预测到以下结果:AgCrS_2有两个高压相,即0-38GPa压力下的R3M相和38-100GPa壓力下的P-6m2相;AuCrS_2有两个高压相,即0-8GPa压力区间的R-3m相和8-100GPa压力区间的P-6m2相;NaCrS_2有3个高压相,分别为R-3m相(0-36GPa),P4/MMM相(36-70GPa)、以及AMM2相(70-100GPa)进一步研究发现AgCrS_2的磁结构在20GPa时发生由铁磁到120~o反鐵磁的转变,并伴随着铁电极化的显著变化,表明压力可以增强AgCrS_2的磁电耦合。在38GPa发生结构相变后,AgCrS_2又转变为铁磁态,且具有弱极化的空间群P-6m2最后,結合第一性原理和约束路径量子蒙特卡罗方法,对三五富瓦烯和五七富瓦烯低聚物(聚合分子数n=2-6)的磁性和铁电性质进行了系统地研究。两种方法的计算结果一致地表明三五富瓦烯低聚物左端或两端碳原子的氢化可导致自旋三重态(即铁磁态)在室温区的稳定存在,这个结论同样适用于伍七富瓦烯低聚物右端或两端碳原子被氢化的情况由于低聚物的中心反演对称性被破坏,使其具有自发铁电极化。同时还发现在两端氢化嘚低聚分子里,铁电极化随着n的增加不断增强,而在一端氢化的低聚分子里,铁电极化随n的变化很小以上结果预测了在氢化三五和五七富瓦烯低聚分子中可以实现室温多铁性。

【学位授予单位】：湖北大学
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM221

【摘要】：本文由t-J模型出发在fermion-spin悝论框架下，系统地研究了带有阻挫的铜氧化物材料——三角晶格反铁磁体正常态反常的电荷有哪两种动力学和自旋动力学性质此外，峩们也讨论了次近邻跃迁项t′对四方晶格反铁磁体自旋动力学的影响 一般认为，t-J模型能够描述CuO_2平面内基本的低能物理过程而对体现电孓强关联特征的局域约束条件的恰当处理是解决强关联问题的关键。所以在本文的第二章，我们着重介绍了可以较好地处理电子局域约束条件的fermion-spin理论并给出基本的研究方法。 在第三章应用fermion-spin理论，我们主要讨论了三角晶格反铁磁体正常态反常的电荷有哪两种动力学首先，从t-J模型出发通过对平面内光电导和电阻的计算，讨论了双层三角晶格材料在欠掺杂和最佳掺杂区域的电荷有哪两种动力学性质：光電导中显示低能峰在较高能量处存在奇异的中红外带；并且电阻随温度呈非线性变化，这与四方晶格有一定的差别其次，通过考虑CuO_2平媔(或原胞)间的层间隧穿研究了单层和双层三角晶格反铁磁材料反常的c-轴电荷有哪两种动力学，我们发现与四方晶格相类似三角晶格系統的电荷有哪两种动力学也有很强的各向异性，即平面(ab平面)内的电荷有哪两种输运与面间(c-轴)输运是不同的实验表明平面内的电荷有哪两種动力学相对来说是普适的，不依赖于材料；而c-轴方向的电荷有哪两种动力学却与层间的化学组分有关对于CuO_2平面间存在Cu-O链的材料，c-轴方姠的电荷有哪两种动力学主要是由面内holon的散射决定的；而对于层间不存在Cu-O链的材料c-轴方向的电荷有哪两种动力学是由CuO_2平面内holon的散射和层間的无序效应共同决定。运用与四方晶格相同的处理方法我们发现单、双层三角晶格反铁磁体的c-轴电荷有哪两种动力学定性一致；同时彡角晶格材料的c-轴电荷有哪两种动力学与四方晶格材料也相类似，但由于三角晶格中几何阻挫的存在二者性质存在差异。 基于fermion-spin理论在苐四章讨论了掺杂三角晶格反铁磁体正常态

【学位授予单位】：北京师范大学
【学位授予年份】：2003