博士后的開(kāi)題報(bào)告

　　1. 不均勻鐵基超導(dǎo)體中自旋動(dòng)力學(xué)的研究

　　報(bào)告人: 高繹

　　主要內(nèi)容:

　　在鐵基超導(dǎo)體中，超導(dǎo)相緊鄰著反鐵磁相出現(xiàn)，因此人們猜測(cè)反鐵磁自旋漲落有可能是鐵基超導(dǎo)體中超導(dǎo)產(chǎn)生的機(jī)理。要確定超導(dǎo)機(jī)理，最基本的信息是要知道超導(dǎo)能隙函數(shù)的結(jié)構(gòu) — 在動(dòng)量空間中電子對(duì)的強(qiáng)度和相位。在由聲子機(jī)制引導(dǎo)的傳統(tǒng)超導(dǎo)體中，超導(dǎo)能隙函數(shù)在動(dòng)量空間中的各點(diǎn)有相同的強(qiáng)度和相位（s波對(duì)稱性），而在由自旋漲落引導(dǎo)的超導(dǎo)體中，超導(dǎo)能隙函數(shù)在由反鐵磁自旋漲落的特征波矢Q所連接的兩個(gè)費(fèi)米動(dòng)量上會(huì)呈現(xiàn)相反的符號(hào)。因此，動(dòng)量空間中就會(huì)出現(xiàn)零能隙的平面（超導(dǎo)能隙函數(shù)為零處）。如果零能隙的平面與費(fèi)米面相交（交點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)），那么低能的準(zhǔn)粒子態(tài)就會(huì)在節(jié)點(diǎn)附近出現(xiàn)。

　　但是對(duì)于鐵基超導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，費(fèi)米能級(jí)處有多條能帶穿過(guò)，從而產(chǎn)生了分別位于點(diǎn)和M點(diǎn)處的彼此不相連的二維空穴型和電子型費(fèi)米面。由于空穴型和電子型的費(fèi)米面形狀、大小都相似，因此這些費(fèi)米面之間的準(zhǔn)嵌套就會(huì)產(chǎn)生特征波矢位于Q=（π，π）處的自旋漲落。如果這種自旋漲落導(dǎo)致了電子配對(duì)，那么在空穴型和電子型的費(fèi)米面之上，超導(dǎo)的能隙函數(shù)就會(huì)符號(hào)相反，從而導(dǎo)致所謂的s±波對(duì)稱性。

　　一個(gè)具有s±波對(duì)稱性的超導(dǎo)體，其低能的準(zhǔn)粒子激發(fā)譜與傳統(tǒng)的s波超導(dǎo)體無(wú)法區(qū)分，這是因?yàn)橘M(fèi)米面上不存在零能隙的節(jié)點(diǎn)。的確，穿透深度測(cè)量以及角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)觀察到超導(dǎo)能隙的大小在所有費(fèi)米面上都為有限值，沒(méi)有零點(diǎn)的存在。因此為了區(qū)分s±波超導(dǎo)體與傳統(tǒng)的s波超導(dǎo)體，必須由對(duì)相位敏感的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定空穴型和電子型的費(fèi)米面上超導(dǎo)能隙函數(shù)的相對(duì)相位。我們的目的就是從理論上解釋并預(yù)言各種對(duì)相位敏感的實(shí)驗(yàn)所可能觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而確定鐵基超導(dǎo)體中超導(dǎo)能隙函數(shù)的結(jié)構(gòu)。另外一方面，為了考察磁性與超導(dǎo)間的關(guān)聯(lián)，研究自旋密度波的存在與否對(duì)超導(dǎo)性質(zhì)的'影響也是重要手段之一。之前的研究關(guān)注的多是均勻超導(dǎo)體的性質(zhì)，但是，當(dāng)超導(dǎo)體中存在由雜質(zhì)和外加磁場(chǎng)所引起的不均勻性時(shí)，所表現(xiàn)出的一些物理現(xiàn)象有助于分析超導(dǎo)序參量的對(duì)稱性以及磁性與超導(dǎo)間的關(guān)聯(lián)。為此，我們的研究?jī)?nèi)容包括以下兩個(gè)方面：

　　1. 理論上研究自旋動(dòng)力學(xué)，著重于自旋磁化率受雜質(zhì)和外加磁場(chǎng)的影響。分析和研究自旋磁化率受雜質(zhì)和外加磁場(chǎng)的影響時(shí)，重點(diǎn)研究s±波和s波對(duì)稱兩種情況。

　　2. 理論上研究當(dāng)雜質(zhì)和外加磁場(chǎng)在系統(tǒng)中引起自旋密度波時(shí)，自旋動(dòng)力學(xué)隨之而產(chǎn)生的變化。

　　2. 異形磁電復(fù)合材料磁電系數(shù)頻率響應(yīng)的研究

　　報(bào)告人: 吳高建

　　主要內(nèi)容:

　　近年來(lái)由于磁電效應(yīng)在傳感器，換能器等方面的廣泛應(yīng)用，人們一直致力于對(duì)磁電復(fù)合物中磁電效應(yīng)的研究。在應(yīng)用過(guò)程中，具有較高的磁電電壓系數(shù)是關(guān)鍵因素之一。一般而言，磁電材料有三類：?jiǎn)蜗嗖牧希�混合�?fù)合物和層狀復(fù)合物。單相材料（如Cr2O3，BiFeO3）的居里溫度遠(yuǎn)低于室溫，并且磁電效應(yīng)非常弱，這使得利用單相材料制造應(yīng)用器件非常困難�；旌舷嗟拇烹姀�(fù)合物在室溫下可以獲得較高的磁電系數(shù)，然而由于燒結(jié)過(guò)程中組分間的化學(xué)相互作用以及極化過(guò)程中的困難，也限制了其在實(shí)際器件中的應(yīng)用。所以人們把目光轉(zhuǎn)向?qū)訝畲烹姀?fù)合物。層狀復(fù)合物不僅避免了組分間的化學(xué)相互作用，還能有效解決滲流和傳導(dǎo)的問(wèn)題，從而獲得較大的磁電系數(shù)。層狀磁電復(fù)合物一般采用環(huán)氧化銀之類的粘合劑將磁致伸縮相和壓電相粘接起來(lái)，這種方法簡(jiǎn)單有效，但同時(shí)也弱化了界面耦合，使得其磁電系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值總是小于理論估算值。所以很多工作致力于改善層狀復(fù)合物的界面耦合以提高其磁電系數(shù)。人們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的層狀復(fù)合物大都通過(guò)切向應(yīng)力進(jìn)行耦合，若設(shè)計(jì)出圓柱形結(jié)構(gòu)、盤-環(huán)結(jié)構(gòu)的磁電復(fù)合材料通過(guò)法向應(yīng)力耦合，能有效提高界面耦合,從而提高磁電效應(yīng)。 另一方面，實(shí)驗(yàn)和理論都表明，當(dāng)外加交流磁場(chǎng)的頻率與復(fù)合材料的機(jī)電諧振頻率（EMR）一致時(shí)，磁電系數(shù)與低頻時(shí)相比會(huì)有1到2個(gè)數(shù)量級(jí)的提高。然而高的諧振頻率會(huì)帶來(lái)顯著的渦流損耗，從而降低能量轉(zhuǎn)換效率。相比于平面諧振模式，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(huì)降低諧振頻率，但這又會(huì)大大限制其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　綜上，界面耦合和諧振頻率是影響磁電復(fù)合材料磁電系數(shù)的兩個(gè)重要因素。盤-環(huán)結(jié)構(gòu)的磁電復(fù)合材料是以法向應(yīng)力進(jìn)行耦合的，本人曾經(jīng)針對(duì)這種結(jié)構(gòu)提出了一理論模型。根據(jù)這一模型，可以預(yù)測(cè)出材料的諧振頻率，以及磁電系數(shù)與外加交流磁場(chǎng)頻率的關(guān)系，還可以看出影響其磁電系數(shù)的幾個(gè)材料參數(shù)。將該模型與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，得到較好的驗(yàn)證。這一理論結(jié)果發(fā)表在20xx年12月Journal of Applied Physics上。

　　目前，已有不少關(guān)于圓環(huán)或圓柱形磁電復(fù)合材料的磁電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)道。文獻(xiàn)報(bào)道采用電鍍和無(wú)電鍍的實(shí)驗(yàn)方法制備出了PZT-Ni雙層和Ni-PZT-Ni三層的圓柱形磁電復(fù)合材料樣品，并實(shí)驗(yàn)研究了其磁電系數(shù)與偏置磁場(chǎng)，交流場(chǎng)頻率和樣品尺寸的關(guān)系。但尚未建立嚴(yán)格的理論模型來(lái)解釋說(shuō)明有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　本研究將首先著重于理論模型的建立，以壓電和磁致伸縮相的本構(gòu)方程為基礎(chǔ)，從彈性動(dòng)力學(xué)方程出發(fā)，分別嚴(yán)格推導(dǎo)二層和三層圓柱形磁電復(fù)合材料的磁電系數(shù)的頻率響應(yīng)模型，并與文獻(xiàn)中已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，充分體現(xiàn)各種影響磁電系數(shù)和諧振頻率的有關(guān)因素。其次，通過(guò)實(shí)驗(yàn)樣品的制備，進(jìn)一步驗(yàn)證理論預(yù)測(cè)的峰值磁電系數(shù)和諧振頻率與樣品尺寸和有關(guān)材料物理參數(shù)的關(guān)系，從而優(yōu)化材料的尺寸結(jié)構(gòu)，選擇最合適的壓電相和磁致伸縮相材料，并研究磁電系數(shù)對(duì)外加強(qiáng)偏置磁場(chǎng)的響應(yīng)關(guān)系，提高實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　審查小組成員: 肖振軍教授、童培慶教授、張寧教授、馬余強(qiáng)教授(南京大學(xué)物理學(xué)院) 、萬(wàn)建國(guó)教授(南京大學(xué)物理學(xué)院)

　　時(shí)間: 4月16日周一下午兩點(diǎn)

　　地點(diǎn): 行健樓401

　　第二篇：博士后開(kāi)題報(bào)告（附圖）

　　博士后開(kāi)題報(bào)告

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