类 BiFeO_3 多铁材料中的场致相变与相图

基于考虑自旋挠电相互作用（Lifshitz 不变量）的精确微磁分析，探讨了多铁材料的非公度磁结构和相图。研究对象为生长在<111>衬底上的类 BiFeO_3 单晶和外延薄膜。主要控制参数为磁场、磁各向异性以及薄膜情况下的外延应变。我们预测了由外磁场或外延应变在 BiFeO_3 薄膜中诱导的新型准摆线结构。构建了代表均匀磁态区域和非公度结构稳定性的相图，涵盖了两种基本的磁场几何构型（磁场方向平行于主晶轴 C_3 和垂直于该 C_3 方向）。研究表明，外加磁场的方向显著影响磁相集合、非公度结构的性质以及相变的特征。在从非公度摆线结构向均匀磁态转变过程中，揭示了一种新型的圆锥型摆线有序。完善的相图允许估算破坏对应于向均匀结构转变的摆线有序所需的控制参数（磁场、磁各向异性、交换劲度）的适当组合。结果表明，与单晶相比，多铁薄膜中抑制摆线的临界磁场幅值降低，且可通过选择磁场方向进一步降低。我们的结果可用于按需设计新型多铁功能材料的应变工程。