磁电耦合读书报告
2016-04-17
这周阅读并学习了何旭师兄发来的几篇关于磁电耦合（magnetoelectric coupling）的文献，其中2012年发表在J. Phys.: Condens. Matter中的文献综述J. Phys.: Condens. Matter 24，333201，2012对磁电耦合有一个比较详细的介绍：
现将文献中介绍的几种有磁电耦合的结构整理如下：
1、一些多铁性材料：比如TbMnO3、Ni3V2O6、TbMn2O5、YMn2O5等；
2、在两种或者几种多铁材料组成的异质结构中，界面效应使得体系的电极化率受外加磁场影响、磁矩受外加电场影响，也就是体系中存在磁电耦合，用公式表达如下：
此篇文献综述中主要介绍的是在一些异质结构中实测到的、外加电场对体系磁性的影响，例如在Fe3O4/PZN-PT中的测试结果如下图所示：
一般来说，会导致磁电耦合的界面效应包括以下三种：应力、交换偏置（exchange bias）和电荷转移。而实验上测得的或者通过第一原理计算预测的有磁电耦合的异质结构如下表所示：
从上表中可以看出，在实验中测得的、常温就有磁电耦合效应的体系中，常用的铁磁性材料包括：La0.67Sr0.33MnO3、La0.67Ca0.33MnO3、Pr0.6Ca0.4MnO3、Fe、Ni、Fe3O4、CoFe2O4，常用的铁电性材料包括：BaTiO3、BiFeO3、PMN-PT、PZN-PT、PZT。
另外，文献中还介绍了除了多层薄膜结构以外的另一种有磁电耦合的微观结构：nanopillar，可以理解为纳米柱，也即用光刻法或掩模版法在衬底上生长直径在纳米尺度的、均匀排列的铁磁/铁电材料构成的异质结纳米柱。例如，在ACS Nano 10, 1025，2016中，首先在STO衬底上均匀生长了20nm的SRO，然后生长了BFO/CFO/SRO结构的纳米柱，如下图所示：
纳米柱的直径为70nm，间距是110nm。上述纳米结构的电镜表征结果如下图所示：
文章中测试了面内方向的外加磁场对于电极化的影响，如下图所示：
另外，很多文献中报道了在类似的纳米柱结构中观测到比较明显的磁电耦合效应，例如BaTiO3/CoFe2O4(Science 303, 661,2004)、PbTiO3/CoFe2O4 (Appl. Phys.Lett. 87, 072909, 2005)、BiFeO3/NiFe2O4(Appl. Phys. Lett. 89, 172902, 2006)、BiFeO3/Fe3O4(Appl. Phys. Lett. 97, 153121,2010)等。