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近些年来,多铁材料由于同时具有铁磁和铁电有序而受到广泛关注。在此类材料中,由于铁电与铁磁序之间的耦合作用,在外加电场的情况下铁磁的磁化强度会做出相应的改变;或者,在外加磁场的情况下,铁电极化强度也会有相应的响应。多铁材料的研究主要涉及铁磁、铁电及其磁电耦合效应。这里,主要对多铁材料RMnO3(R=Sc,Ca,and Sr)薄膜中结构和磁有序的内在联系进行系统地研究;然后,利用多铁材料Cr2O3去调控磁性拓扑绝缘体的磁有序。 通过LaAlO3基片合适的外延应力,制备了正交结构的ScMnO3薄膜。磁性测量结果表明,除了正常的反铁磁有序转变出现在47K以外,沿着c-轴方向也观察到了反常的第二相磁有序转变,其中60nm薄膜出现在27K,150nm薄膜出现在36K。此外,在10K测量其磁滞回线时,观察到了薄膜的铁磁行为。发现,第二相磁转变与晶格应力密切相关;而低温铁磁特性起源于纳米孪晶畴结构的形成。 系统地研究了40nm厚度的氧空位有序超结构SrMnO2.5薄膜、氧空位无序SrMnO3-δ薄膜以及二者混合相薄膜。SrMnO25薄膜的磁性呈现了与块体一致的行为,即反铁磁有序伴随着奈尔温度375K;而应力下四方结构的钙钛矿SrMnO3-δ薄膜呈现了居里温度为75K的铁磁行为。此外,在混合相中呈现了铁磁与反铁磁的共存。 系统地研究了生长在9nm La0.67Ca0.33MnO3缓冲层上的42nm厚度的CaMnO3薄膜的晶体结构和反铁磁特性。相比于直接生长在LaAlO3基片上的CaMnO3薄膜,添加了La067Ca0.33MnO3缓冲层后,CaMnO3薄膜出现了单正交b-轴取向生长。为了研究1.9%拉伸应力下CaMnO3薄膜的反铁磁有序类型,开展了第一性原理计算,表明CaMnO3维持了和块体一致的G-型反铁磁有序。此外,在CaMnO3/La067Ca033MnO3界面,观察到交换偏置效应,实验证明了CaMnO3具有反铁磁有序。提出,La067Ca0.33MnO3/CaMnO3界面自旋玻璃态起源于La067Ca0.33MnO3铁磁双交换相互作用和CaMnO3反铁磁超交换相互作用的竞争。最后,通过改变晶体取向的方法,调控了界面自旋玻璃态和交换偏置效应。 通过与反铁磁绝缘体Cr2O3耦合,有效地调控了磁性拓扑绝缘体Cr-掺杂Sb2Te3的磁有序。发现,当Cr2O3层的厚度低于3个单胞时,磁性拓扑绝缘体的反常霍尔回线沿着水平磁场方向呈现了偏移。随着冷却场的增加,偏移发生了从负方向到正方向的改变,表明其存在界面反铁磁耦合。当Cr2O3层的厚度大于4个单胞时,并没有观察到反常霍尔回线的偏移,而是发现磁性拓扑绝缘体的磁有序温度增加了。随着Cr2O3层厚度的增加,磁性拓扑绝缘体的磁有序温度逐渐地增加,最终,在14个单胞厚度时保持不变。这些结果无疑地表明了磁性拓扑绝缘体中磁有序温度的增强来源于Cr2O3层的磁近邻效应。在这个工作中,通过简单地改变Cr2O3层厚度调控了磁性拓扑绝缘体的磁有序,为拓扑绝缘体中磁有序的调控提供了向导。