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极性铁弹孪晶畴界运动诱发的漩涡电流及磁场(npj Computational Materials)
发布者: 丁向东 | 2020-11-08

极性铁弹孪晶畴界运动诱发的漩涡电流及磁场

 

铁弹孪晶畴界含有块体畴所不具备的特殊功能特性,如超导性,极性等。铁弹材料功能化应用因而在很大程度上依赖于孪晶畴界的最优化设计。采用原子模拟,本研究报道了运动的铁弹孪晶畴界可以在不含磁性性质的铁弹基体内诱发磁场信号。磁场的产生与铁弹材料典型的拓扑结构,如针状畴尖端(neede tip),孪晶畴界内的原子扭折(kink)等运动诱发的极性漩涡结构有关。该极性漩涡结构产生位移电流漩涡,进而在垂直漩涡电流平面方向诱发出磁场。该现象存在于所有含有偶极拓扑结构的离子晶体内。研究发现面外磁场的磁矩大小依赖于孪晶畴界的移动速度。外部载荷足够大的情况下,畴界可以以声速运动。在样品厚度为1000层原子,畴界运动速度为声速的前提下,我们预估的面外磁矩可以达到几十玻尔磁子(Bohr magnetons)。本研究所得的面外磁矩大大强SrTiO3/LaAlO3异质界面附近发现的磁矩。铁弹孪晶畴界的动态多铁性质对构建磁性存储器件具有重要的潜在应用。

 

该研究成果近日以《极性铁弹孪晶畴界运动诱发的漩涡电流及磁场》(Current vortices and magnetic fields driven by moving polar twin boundaries in ferroelastic materials)为题,发表于计算领域国际顶级期刊 npj Computational Materials。英国剑桥大学地球科学系Salje教授,西安交通大学材料学院丁向东教授,李苏植教授为本文通讯作者,博士生卢广明为第一作者,参与工作的还有西安交通大学材料学院的孙军教授。西安交通大学为本文的第一作者单位和通讯作者单位。

该研究得到了国家自然科学基金,“111”引智计划等项目的共同资助,相关计算在西安交通大学校级高性能计算平台及英国剑桥大学高性能计算平台共同完成。 

       论文链接:https://www.nature.com/articles/s41524-020-00412-5