【摘 要】
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人工智能、大数据等技术的发展对计算性能的要求逐步提高,然而,晶体管和存储单元的开发已经达到了微型化的上限。解决方式之一是利用能够在极化和磁化两种状态下进行信息存储的多铁材料,通过每一变量的正负调控以实现四种存储状态。但多铁材料数量少、磁电有序发生温度低等一系列问题阻碍了其在内存设备中的实际应用。近期,六甲基苯中CH3+和卤化铵（NH4X,X=Cl,Br,I）中NH4+周期性运动导致的磁有序被报道,
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人工智能、大数据等技术的发展对计算性能的要求逐步提高,然而,晶体管和存储单元的开发已经达到了微型化的上限。解决方式之一是利用能够在极化和磁化两种状态下进行信息存储的多铁材料,通过每一变量的正负调控以实现四种存储状态。但多铁材料数量少、磁电有序发生温度低等一系列问题阻碍了其在内存设备中的实际应用。近期,六甲基苯中CH3+和卤化铵（NH4X,X=Cl,Br,I）中NH4+周期性运动导致的磁有序被报道,其磁性来源是质子的轨道运动。这一发现可以根本性地避开铁电与铁磁性质由于电子构型的互斥而无法共存的阻碍,拓宽磁电耦合效应的可能性及多铁材料的体系数量。基于此,本论文对NH4+铁电体材料的磁电耦合性质进行以下研究:通过测量（NH4）2SO4的磁化率和介电常数,对基于质子轨道运动磁性的新型磁电耦合机制进行分析。在TC处,观察到慢速变温的介电常数曲线中出现两个相变峰,磁化率曲线也同步表现出明显的台阶状突变。且沿不同轴向的外加磁场下,磁化率曲线的突变情况与结构中铵根的取向变化相对应。通过对H原子的运动情况的分析及铵根的结构特性,对质子轨道运动产生的磁性进行分析:随着温度的降低,NH4+的周期性旋转运动方式受到限制,晶格需要变形以消除简并度。（NH4）2SO4含有两种类型的氢键运动,产生的畸变无法相互抵消。相变后变为非中心对称结构,表现出铁电性质。结合NH4+的圆周轨道运动与H2PO4-中H原子的一维振子运动对结构的影响,对比NH4H2PO4和KH2PO4磁化率随温度的变化情况。在NH4H2PO4及其部分氘化晶体中,沿不同轴向的磁化率曲线在相变温度TN处均有不连续的突变出现。而KH2PO4中仅存在酸根氢原子的作用,其铁电相变温度处的磁性突变仅出现在a、b轴向且不连续性较弱。通过同位素效应对铁电相变与磁性相变温度的影响,对相变过程中H原子的作用进行分析。对NH4Al（SO4）2·12H2O（AASD）的复杂结构中NH4+的运动对磁化率,介电常数,比热等性质产生的影响进行了测试。当样品从顺电相以1 K/min的速率进行较为快速的降温时,这一过程不利于结构平衡状态的实现,系统维持抗磁性;以0.1 K/min的速率缓慢降温,则质子轨道会变得更加有序,在温度低于相变温度TC=58 K后呈顺磁性。通过AASD作为铁电体材料本身具有的铁电极性和在相变温度附近能够通过变温速率控制的两种磁性,可以实现新一代非易失性存储设备的开发构型,成为维持摩尔定律发展趋势的一个新方向。
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