Przegląd uogólnionej teorii magnetoprądowej efektu elektromagnetycznego w multiferroice

Mikroskopowe aspekty ferroelektryczności są kanonicznie powiązane z polarnym przemieszczeniem atomu, które łamie symetrię inwersji kryształu, powodując niezerowy elektryczny moment dipolowy. Istnieje jednak specjalna klasa materiałów magnetycznych zwana multiferroikami, w których łamanie symetrii odwróconej występuje przy stabilnym układzie magnetycznym w symetrycznej sieci krystalicznej. Polaryzacja elektryczna indukowana magnetycznie może wykazywać złożone formy sprzężenia elektromagnetycznego z podstawową tkanką magnetyczną, a jej praktyczna realizacja jest jednym z głównych kierunków realizacji wzajemnej kontroli właściwości ferroelektrycznych i magnetycznych w nowej generacji urządzeń elektronicznych. Zatem zrozumienie mikroskopowego pochodzenia plejotropii jest głównym celem o znaczeniu zarówno podstawowym, jak i praktycznym.

Zaproponowane prawie dwie dekady temu zjawiska prąd wirowy Teoria indukowana magnetycznie Polaryzacja elektro Był to ważny krok w rozwoju naszego wglądu w aktywność polipiro w magnesach śrubowych. Jednak teoria ta pozostaje w dużej mierze hipotetyczna i często nie uwzględnia wielu możliwych wielu scenariuszy, które materializują się w rzeczywistych materiałach, powodując w niektórych przypadkach poważne błędne interpretacje jej mikroskopowego pochodzenia.

Zespół naukowców z Tokyo Tech współpracował z National Institute of Materials Science i Chiba University, aby rozwiązać problem związany z pojawieniem się polaryzacji elektrycznej w materiałach centralnie symetrycznych w znacznie szerszej perspektywie teoretycznej. Wychodząc od modelu elektronicznego Hubbarda, który oddaje podstawową fizykę izolatorów magnetycznych, autorzy sformułowali przejrzystą teorię gier polaryzacji elektrycznej, aby ujawnić jej ogólne sprzężenie z magnetyczną strukturą materii. Na podstawie ogólnych argumentów dotyczących symetrii uznali, że wirująca orbita Sparowana para Kramersa stanów elektronowych znajdujących się w każdym miejscu magnetycznym pojedynczego wiązania i wyprowadzona stała para z prądem spinowym i pozostają skończone, nawet gdy wiązanie jest centralnie symetryczne, co pozwala na skończoną bezkontaktową polaryzację spinu (rys. 1) . „Podobnie do modeli sieci spinowych, które wiążą energię układu z kierunkami momentów magnetycznych, nasze badanie pokazuje precyzyjne odwzorowanie modelu elektronowego na odpowiadający mu model polaryzacji elektrycznej, którego właściwości są ostatecznie determinowane przez symetrię element elektroniczny”, wyjaśnia dr Siergiej Nikołajew z Tokyo Tech.

Co ważne, autorzy pokazują, że teoria prądu spinowego, która jest powszechnie używana do analizy spiral poliwirusowych, może być uważana za szczególny przypadek bardziej ogólnej teorii prądu spinowego zaproponowanej w tym badaniu i jest prawdziwa tylko dla niektórych symetrii, mówi Kramers. „Wyraźnie pokazaliśmy, że specyficzne dla symetrii właściwości materiałów mogą prowadzić do różnych form sprzężenia elektromagnetycznego, zapewniając w ten sposób przekonującą alternatywę dla analizy wieloreaktorowej” – mówi dr Igor Sołowjew z Narodowego Instytutu Nauki o Materiałach.

Główne wyniki badania połączono z obliczeniami opartymi na pierwszych zasadach i zastosowano do szeregu magnesów śrubowych w celu wykazania, w jaki sposób uogólniona teoria spinu może skutecznie pomóc zracjonalizować właściwości materiałów multiferroicznych.