纳米系统中固有的压磁、压电、线性磁电效应及内建场

任何表面附近必然存在的对称性破缺——即表面法线方向消失反演中心，仅保留垂直于表面的轴和面——会在纳米系统中产生自发的压磁、压电和磁电效应，而这些效应在块体材料中可能不存在。所有这些现象都是所有九十种块体磁性类别材料制成的纳米系统所固有的。因此，新的线性磁电材料应出现在纳米材料中，而这些材料在块体状态下是非压磁和非压电的。为证明这一点，我们考虑了超薄膜、纳米线和纳米球的典型情况。结合纳米颗粒的表面应力以及薄膜在衬底上的失配应变，表面压磁和压电效应分别导致内建磁场和内建电场的出现。内建场在块体顺磁和顺电纳米系统中产生自磁化和自极化方面起着重要作用，并可能导致一些其他有趣性质的出现，而这些性质在块体材料中是不存在的。我们得到了内建场和磁电耦合系数随尺寸变化的解析关系。内建场的值随薄膜厚度h或纳米颗粒半径R的减小而增大，分别与~1/h或1/R²成正比，而磁电耦合在两种情况下均与尺寸成反比。这表明尺寸对所考虑的纳米系统性质有强烈影响，从而为通过选择尺寸来控制性质以及创造新型多功能纳米材料开辟了道路。