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博士后开题报告

博士后开题报告

1. 不均匀铁基超导体中自旋动力学的研究

报告人: 高绎

主要内容:

在铁基超导体中，超导相紧邻着反铁磁相出现，因此人们猜测反铁磁自旋涨落

有可能是铁基超导体中超导产生的机理。要确定超导机理，最基本的信息是要

知道超导能隙函数的结构—在动量空间中电子对的强度和相位。在由声子机

制引导的传统超导体中，超导能隙函数在动量空间中的各点有相同的强度和相

位（s波对称性），而在由自旋涨落引导的超导体中，超导能隙函数在由反铁

磁自旋涨落的特征波矢Q所连接的两个费米动量上会呈现相反的符号。因此，

动量空间中就会出现零能隙的平面（超导能隙函数为零处）。如果零能隙的平

面与费米面相交（交点称为节点），那么低能的准粒子态就会在节点附近出现。

但是对于铁基超导体来说，费米能级处有多条能带穿过，从而产生了分别位于

Γ点和M点处的彼此不相连的二维空穴型和电子型费米面。由于空穴型和电子

型的费米面形状、大小都相似，因此这些费米面之间的准嵌套就会产生特征波

矢位于Q=（π，π）处的自旋涨落。如果这种自旋涨落导致了电子配对，那么

在空穴型和电子型的费米面之上，超导的能隙函数就会符号相反，从而导致所

谓的s±波对称性。

一个具有s±波对称性的超导体，其低能的准粒子激发谱与传统的s波超导体

无法区分，这是因为费米面上不存在零能隙的节点。的确，穿透深度测量以及

角分辨光电子能谱实验观察到超导能隙的大小在所有费米面上都为有限值，没

有零点的存在。因此为了区分s±波超导体与传统的s波超导体，必须由对相

位敏感的实验来确定空穴型和电子型的费米面上超导能隙函数的相对相位。我

们的目的就是从理论上解释并预言各种对相位敏感的实验所可能观察到的实验

现象，从而确定铁基超导体中超导能隙函数的结构。另外一方面，为了考察磁

性与超导间的关联，研究自旋密度波的存在与否对超导性质的影响也是重要手

段之一。之前的研究关注的多是均匀超导体的性质，但是，当超导体中存在由

杂质和外加磁场所引起的不均匀性时，所表现出的一些物理现象有助于分析

超导序参量的对称性以及磁性与超导间的关联。为此，我们的研究内容包括以

下两个方面：

1. 理论上研究自旋动力学，着重于自旋磁化率受杂质和外加磁场的影响。分析和研究自旋磁化率受杂质和外加磁场的影响时，重点研究s±波和s波对称两

种情况。

2. 理论上研究当杂质和外加磁场在系统中引起自旋密度波时，自旋动力学随之而产生的变化。

2. 异形磁电复合材料磁电系数频率响应的研究

报告人: 吴高建

主要内容:

近年来由于磁电效应在传感器，换能器等方面的广泛应用，人们一直致力于对

磁电复合物中磁电效应的研究。在应用过程中，具有较高的磁电电压系数是关

键因素之一。一般而言，磁电材料有三类：单相材料，混合复合物和层状复合物。单相材料（如Cr2O3，BiFeO3）的居里温度远低于室温，并且磁电效应非

常弱，这使得利用单相材料制造应用器件非常困难。混合相的磁电复合物在室

温下可以获得较高的磁电系数，然而由于烧结过程中组分间的化学相互作用

以及极化过程中的困难，也限制了其在实际器件中的应用。所以人们把目光转

向层状磁电复合物。层状复合物不仅避免了组分间的化学相互作用，还能有效

解决渗流和传导的问题，从而获得较大的磁电系数。层状磁电复合物一般采用

环氧化银之类的粘合剂将磁致伸缩相和压电相粘接起来，这种方法简单有效，

但同时也弱化了界面耦合，使得其磁电系数的实验值总是小于理论估算值。所

以很多工作致力于改善层状复合物的界面耦合以提高其磁电系数。人们发现，

传统的层状复合物大都通过切向应力进行耦合，若设计出圆柱形结构、盘-环结构的磁电复合材料通过法向应力耦合，能有效提高界面耦合,从而提高磁电效应。另一方面，实验和理论都表明，当外加交流磁场的频率与复合材料的机电谐振

频率（EMR）一致时，磁电系数与低频时相比会有1到2个数量级的提高。然而高的谐振频率会带来显著的涡流损耗，从而降低能量转换效率。相比于平面谐

振模式，弯曲谐振模式可以降低材料的谐振频率，减小材料的尺寸。另外，增

加材料的尺寸也会降低谐振频率，但这又会大大限制其实际应用价值。

综上，界面耦合和谐振频率是影响磁电复合材料磁电系数的两个重要因素。盘-环结构的磁电复合材料是以法向应力进行耦合的，本人曾经针对这种结构提出

了一理论模型。根据这一模型，可以预测出材料的谐振频率，以及磁电系数与

外加交流磁场频率的关系，还可以看出影响其磁电系数的几个材料参数。将该

模型与实验值进行比较，得到较好的验证。这一理

论结果发表在201X年12月Journal of Applied Physics上。