博文
多重铁性材料研究V---铁磁绝缘体
||
铁磁绝缘体的理论和实践，不仅仅是对人们现在正在追求的铁磁-铁电多重铁性体重要的一个问题，其本身就非常重要，蕴含着对目前铁磁理论的一个极大挑战。三个月来，与魏建华先生有一个讨论，邮件附后。
相关思考和讨论仍在继续。
----- Original Message -----
From: "Wei Jian Hua" <wjh@sdu.edu.cn>
To: <jyu@mail.tongji.edu.cn>
Sent: Thursday, February 21, 2008 7:49 AM
Subject: Re: Re:Ferromagnetic insulator
>
> 你的想法很有意思，我和人大的同事已经开始了一些理论计算，我想就我们最近几次讨论的思路进行一些尝试。
>
> 随时欢迎你访问人大物理系。
>
> 建华
>
In your mail:
>From: "Yu Jian"
>Reply-To: "Yu Jian"
>To: "Wei Jian Hua"
>Subject: Re: Re:Ferromagnetic insulator
>Date:Fri, 15 Feb 2008 16:22:33 +0800
> 新年好，拜个晚年。
> 下面这段话是我从一本教科书上抄来的。似乎可以佐证我在上一个电邮中提到的依然基于Anderson超交换作用，在钙钛矿结构氧化物中，通过仔细合理设计晶体场去构造铁磁序，当然该晶体场首先是非中心对称的。这样就可以去设计铁磁-铁电共存体系，如何？
>“The value and sign of the superexchange interaction depend strongly on the types of d orbitals (eg or t2g) involved, the number of electrons, and also the angle M1-O-M2. superexchange interactions can lead to elevated ordering temperature, up to nearly 900K in the ferrites. Whilst it is commonly negative,ferromagnetic insulators such as EuO (69K) or CrBr3 (37K) are known. This interaction is effective only over short distances, because it necessarily involves overlap between orbitals centered on neighboring ions.”
From MAGNETISM fundamentals by T. de Lacheisserie, D. Gignoux and M. Schlenker
> 过去一段时间，在和一些搞理论的人聊这个问题时，一上来出发点就是给一个晶体场（实验结构参数）去算它们的电子和磁结构，再去与实验结果比对，看算得对不对。从发展理论、验证算法或者理解现有体系的微观机制方面讲，这样的思路无可厚非。但从材料设计的角度出发，显然这样的思路没啥创意，^_^ 。
>祝好
>于剑
From: "Yu Jian"
To: "Wei Jian Hua"
Sent: Friday, January 11, 2008 12:54 PM
Subject: Re: Re:Ferromagnetic insulator
> 新年好！
> 可以理解。有本科生教学是一件非常严肃的事情。我来高校的目的之一就是教书，现在只能教点硕士生。一年下来，不少感触，难教啊！稍稍严格点，这下可好，大部分人都不来找我了，说我就是挑刺。^_^
> 关于铁磁绝缘体，这确实是一个挑战性的问题。所以，不管多长时间我都愿意等你的见解，和你讨论此问题，如果有所突破，其意义不亚于高温磁电材料的发现。你说呢？
> 绝缘氧化物掺杂出现铁磁性的理论和实验研究是一个有意义的事，但对于铁磁-铁电材料来说几无帮助。我在日本时的一个印度小伙走了这条路，至今也没见他的文章出来。当时我告诉他，这条路够呛，他不太相信。我的逻辑很简单，钛酸钡微量掺铁等工作在光折变晶体方面已有大量工作，其所看到的铁磁性多半出自团簇，而不是本征行为。现在在TiO2的研究方面的情况也是这样，一会有，一会没。提供给你想说的是我就发现这几种情况。
> 氧化物，尤其是钙钛矿结构氧化物，的铁磁绝缘性非常重要，即使是低温的。因为该类材料中主要的两种机制是超交换和双交换，现有机制如何构造铁磁绝缘体？还是必须超出他们？像锰氧化物那样超出双交换作用。再从源头讲，超交换和双交换是高能态电子运动的结果，（这么讲对吧？） 主要和d电子的局域化-离域化行为有关。什么样的晶体场环境有利于局域化呢？如果知道，可以想办法从材料的组分-结构-性能关系去构造它，合成它。
> 诚然，双钙钛矿结构氧化物是一种现实的途径。Goodenough在60年代他的magnetism and chemical bond一书中已从理论上讲了这件事，也是现在很多人（包括我）在努力的一件事。需要指出的是，他在此书中就对材料制备技术感到灰心。亚稳态钙钛矿结构材料的制备科学技术这点这是我能有今天突破的关键所在。所以，我的看法是，即使实验慢半拍还是需要理论加快推进！
> 先写这些，下午回南京家去。 过了春节，一家人就可以在上海团聚了。
> 祝好
> 于剑
> ----- Original Message -----
> From: "Wei Jian Hua"
> To:
> Sent: Friday, January 11, 2008 10:17 AM
> Subject: Re:Ferromagnetic insulator
>> 于剑，
>> 不好意思，最近忙于期末考试，未能及时回复你，请谅解。我先就你的问题简单说点个人看法，仔细琢磨后详细地给你回复。
>> 我觉得首先可以排除掺杂的锰酸盐，因为从相图上来看，铁磁绝缘态只出现在<200K的温区，其电阻率<10欧厘米，从实用角度看，似乎意义不大。
>> 第二个方案我不太熟悉，待我向其他同仁请教后才可以判断。
>> 第一个方案中我觉得双钙钛矿结构值得关注，这种结构看起来是最有可能满足我们的需要的。好像合成需要高压，不知道你那里是否可以做？
>> 另祝新年快乐！
>> 魏建华
>> In your mail:
>>>From: "Yu Jian"
>>>To: "Wei Jian Hua" ,
>>>Subject: Ferromagnetic insulator
>>>Date:Fri, 28 Dec 2007 20:59:50 +0800
>>>
>>>Hallo, Prof. Wei:
>>> how are you?
>>> Recently, I free me to survey those research on ferromagnetic insulator mentioned at our forum. The known materials are very scarce!!! Please refer to the following information. I am looking forward to hearing your comments. Thanks for your kindness.
>>>Best wishes
>>>Jian Yu
>>>First case: http://www.cdm.ucsb.edu/pages/research4.html
>>>The recent research interest in the field of spin-based electronics (or spintronics)[1] has generated a demand for multifunctional materials that combine ferromagnetism with additional desirable properties, such as semiconducting transport or large magneto-optical response. This theme of the CDM focuses on the
particularly challenging task of combining ferromagnetism with insulating behavior. In addition to having potential spintronic applications, strong insulation is also a prerequisite for polarity, since conductors cannot support electric polarization. The task is challenging because ferromagnetic insulators are scarce; among simple oxides, they include the f-electron system EuO, [2] (TC =79 K) and the Jahn-Teller (orbital-ordered) systems YTiO3[3] (TC = 29 K), SeCuO3[4] (TC = 29 K) and BiMnO3[5] (TC = 105 K). None of these compounds can be used at room temperature, since their TCs are near 100 K or below.
>>>second case: 美国科学家通过掺入少量的钴，成功地在大电阻绝缘膜中诱导出高温铁磁性来。他们已经利用脉冲激光辅助沉积技术，在LaAlO3基底上沉积的单晶Ce1-xCoxO2-δ膜中观察到高温铁磁性。在可见波段，这种膜是透明的，有很高的居里温度和很大的磁矩。在Ce1-xCoxO2-δ中掺入3%的钴就能在高达875开尔文的温度下仍保持有铁磁性。这种膜在5开尔文时每个钴原子的磁性为6.1μB，这个磁性可以非常稳定的保持到500开尔文。温度超过500开尔文之后，磁性逐渐增大，一直到725开尔文时达到最大的每个钴原子8.2μB。温度高于725开尔文后，磁性单调减小，居里温度大约为875开尔文。这是在任何氧化物系统中观察到的最大的钴的磁矩。高分辨率电子发射显微镜的观察显示，这些膜只有一个相，而没有任何的混合，所以可带有如此大的铁磁性。
>>>third case: as in doped rare earth manganites
https://blog.sciencenet.cn/blog-32670-15690.html
上一篇：春节大团圆
下一篇：多重铁性材料研究VI---铁磁-铁电共存
