二维层状材料CuMP2S6(M=Cr,V)多铁性质研究

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到目前为止对多铁性材料研究取得了大量的成果,但也存在着一些问题:第一类多铁材料的磁电耦合效应很弱;第二类多铁材料的铁电极化和居里温度较低,三维多铁材料降到二维尺度时铁电性和磁性的消失等等。这些问题限制了多铁材料的实际应用,但也引导研究者们进行不断的探索。自从石墨烯被发现以来,二维范德瓦尔斯材料取得了长足的发展,二维磁性,二维铁电以及二维多铁的报道层出不穷。多铁性在二维材料当中的存在形式十分的丰富,既包括Ⅰ类多铁、Ⅱ类多铁以及在它们之外的磁电耦合形式,对二维多铁的研究也有希望能够解决在传统单相多铁材料研究中面临的一些瓶颈问题。虽然有大量的研究者通过第一性原理计算等方法预测了很多二维多铁材料以及它们当中磁性、铁电性以及磁电耦合的存在形式,但由于材料较难合成,材料及其不稳定等因素,对这些材料的实验研究和验证相对较少。过渡金属硫代亚磷酸盐化合物是类似于过渡金属硫化物的范德瓦尔斯晶体,层与层之间的作用力较弱,能够轻易的通过机械剥离法从大块单晶上获得少层甚至单层样品。过渡金属硫代亚磷酸盐CuMP2S6(M=Cr,V)就代表了目前已发现的二维多铁材料当中的一种类型,我们利用化学气相传输法制备出高质量的CuMP2S6(M=Cr,V)单晶,在实验方面对CuMP2S6(M=Cr,V)进行了一系列的研究,证明了CuMP2S6(M=Cr,V)大块样品当中存在弱多铁性,研究内容如下:(1)利用化学气相传输法制备出较大尺寸和较高质量的CuMP2S6(M=Cr,V)单晶,对制备出的单晶进行了X射线衍射以及能量散射X光谱的测量,进一步确认了单晶的质量,为后续的物性表征奠定了前提和基础。(2)通过对磁化率的测量以及对磁化率曲线的分析并结合比热的测量结果,确认了CuCrP2S6的反铁磁相变温度TN1=32 K,CuVP2S6居里温度TC=20 K。(3)通过对单晶样品介电常数、比热、变温拉曼、电滞回线的测量和结果分析,CuVP2S6和CuCrP2S6在常温下均为铁电体,CuCrP2S6在173 K时时发生结构相变,在155 K以下为反铁电体。CuVP2S6的铁电转变居里温度在常温以上。(4)通过对磁化率和介电常数数据的进一步分析发现CuMP2S6(M=Cr,V)之间的磁电耦合较弱,符合这类体系材料是第Ⅰ类多铁材料的理论预测。
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