博士後的開題報告

1. 不均勻鐵基超導體中自旋動力學的研究

報告人: 高繹

主要內容:

在鐵基超導體中，超導相緊鄰着反鐵磁相出現，因此人們猜測反鐵磁自旋漲落有可能是鐵基超導體中超導產生的機理。要確定超導機理，最基本的信息是要知道超導能隙函數的結構 — 在動量空間中電子對的強度和相位。在由聲子機制引導的傳統超導體中，超導能隙函數在動量空間中的各點有相同的強度和相位（s波對稱性），而在由自旋漲落引導的超導體中，超導能隙函數在由反鐵磁自旋漲落的特徵波矢Q所連接的兩個費米動量上會呈現相反的符號。因此，動量空間中就會出現零能隙的平面（超導能隙函數為零處）。如果零能隙的平面與費米麪相交（交點稱為節點），那麼低能的準粒子態就會在節點附近出現。

但是對於鐵基超導體來説，費米能級處有多條能帶穿過，從而產生了分別位於點和M點處的彼此不相連的二維空穴型和電子型費米麪。由於空穴型和電子型的費米麪形狀、大小都相似，因此這些費米麪之間的準嵌套就會產生特徵波矢位於Q=（π，π）處的自旋漲落。如果這種自旋漲落導致了電子配對，那麼在空穴型和電子型的費米麪之上，超導的能隙函數就會符號相反，從而導致所謂的s±波對稱性。

一個具有s±波對稱性的超導體，其低能的準粒子激發譜與傳統的s波超導體無法區分，這是因為費米麪上不存在零能隙的節點。的確，穿透深度測量以及角分辨光電子能譜實驗觀察到超導能隙的大小在所有費米麪上都為有限值，沒有零點的存在。因此為了區分s±波超導體與傳統的s波超導體，必須由對相位敏感的實驗來確定空穴型和電子型的費米麪上超導能隙函數的相對相位。我們的目的就是從理論上解釋並預言各種對相位敏感的實驗所可能觀察到的實驗現象，從而確定鐵基超導體中超導能隙函數的結構。另外一方面，為了考察磁性與超導間的關聯，研究自旋密度波的存在與否對超導性質的影響也是重要手段之一。之前的研究關注的多是均勻超導體的性質，但是，當超導體中存在由雜質和外加磁場所引起的不均勻性時，所表現出的一些物理現象有助於分析超導序參量的對稱性以及磁性與超導間的關聯。為此，我們的研究內容包括以下兩個方面：

1. 理論上研究自旋動力學，着重於自旋磁化率受雜質和外加磁場的影響。分析和研究自旋磁化率受雜質和外加磁場的影響時，重點研究s±波和s波對稱兩種情況。

2. 理論上研究當雜質和外加磁場在系統中引起自旋密度波時，自旋動力學隨之而產生的變化。

2. 異形磁電覆合材料磁電係數頻率響應的研究

報告人: 吳高建

主要內容:

近年來由於磁電效應在傳感器，換能器等方面的廣泛應用，人們一直致力於對磁電覆合物中磁電效應的研究。在應用過程中，具有較高的磁電電壓係數是關鍵因素之一。一般而言，磁電材料有三類：單相材料，混合複合物和層狀複合物。單相材料（如Cr2O3，BiFeO3）的居里温度遠低於室温，並且磁電效應非常弱，這使得利用單相材料製造應用器件非常困難。混合相的磁電覆合物在室温下可以獲得較高的磁電係數，然而由於燒結過程中組分間的化學相互作用以及極化過程中的困難，也限制了其在實際器件中的應用。所以人們把目光轉向層狀磁電覆合物。層狀複合物不僅避免了組分間的化學相互作用，還能有效解決滲流和傳導的問題，從而獲得較大的磁電係數。層狀磁電覆合物一般採用環氧化銀之類的粘合劑將磁致伸縮相和壓電相粘接起來，這種方法簡單有效，但同時也弱化了界面耦合，使得其磁電係數的實驗值總是小於理論估算值。所以很多工作致力於改善層狀複合物的界面耦合以提高其磁電係數。人們發現，傳統的層狀複合物大都通過切向應力進行耦合，若設計出圓柱形結構、盤-環結構的磁電覆合材料通過法嚮應力耦合，能有效提高界面耦合,從而提高磁電效應。 另一方面，實驗和理論都表明，當外加交流磁場的頻率與複合材料的機電諧振頻率（EMR）一致時，磁電係數與低頻時相比會有1到2個數量級的提高。然而高的諧振頻率會帶來顯著的渦流損耗，從而降低能量轉換效率。相比於平面諧振模式，彎曲諧振模式可以降低材料的諧振頻率，減小材料的尺寸。另外，增加材料的尺寸也會降低諧振頻率，但這又會大大限制其實際應用價值。

綜上，界面耦合和諧振頻率是影響磁電覆合材料磁電係數的兩個重要因素。盤-環結構的磁電覆合材料是以法嚮應力進行耦合的，本人曾經針對這種結構提出了一理論模型。根據這一模型，可以預測出材料的諧振頻率，以及磁電係數與外加交流磁場頻率的關係，還可以看出影響其磁電係數的幾個材料參數。將該模型與實驗值進行比較，得到較好的驗證。這一理論結果發表在20xx年12月Journal of Applied Physics上。

目前，已有不少關於圓環或圓柱形磁電覆合材料的磁電效應的實驗報道。文獻報道採用電鍍和無電鍍的實驗方法制備出了PZT-Ni雙層和Ni-PZT-Ni三層的圓柱形磁電覆合材料樣品，並實驗研究了其磁電係數與偏置磁場，交流場頻率和樣品尺寸的關係。但尚未建立嚴格的理論模型來解釋説明有關實驗結果。

本研究將首先着重於理論模型的建立，以壓電和磁致伸縮相的本構方程為基礎，從彈性動力學方程出發，分別嚴格推導二層和三層圓柱形磁電覆合材料的磁電係數的頻率響應模型，並與文獻中已有的實驗數據進行比對，充分體現各種影響磁電係數和諧振頻率的有關因素。其次，通過實驗樣品的製備，進一步驗證理論預測的峯值磁電係數和諧振頻率與樣品尺寸和有關材料物理參數的關係，從而優化材料的尺寸結構，選擇最合適的壓電相和磁致伸縮相材料，並研究磁電係數對外加強偏置磁場的響應關係，提高實際應用價值。

審查小組成員: 肖振軍教授、童培慶教授、張寧教授、馬餘強教授(南京大學物理學院) 、萬建國教授(南京大學物理學院)

時間: 4月16日週一下午兩點

地點: 行健樓401

第二篇：博士後開題報告（附圖）

博士後開題報告