Sc和Sm共掺BiFeO3多铁性材料磁电特性的研究

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多铁性材料同时具有铁电、(反)铁磁、铁弹等两种或两种以上铁性有序,并且由于多种序参量之间的相互耦合作用而产生丰富多彩的物理效应。这类功能材料在自旋电子器件、新型磁电器件、高性能信息存储与处理等领域具有十分广阔的应用前景。BiFeO3(BFO)陶瓷作为一种十分典型的单相多铁性材料,具有高的居里温度(TC~1100K)和尼尔温度(TN~643K)。它是唯一不多的在室温下同时具有铁电和铁磁性的多铁材料。然而,BFO陶瓷材料的应用仍困扰于其固有缺陷的影响,例如,纯相较难制备、磁性较弱和漏电过高等。本论文围绕上述问题开展了较系统的探索研究。  1.Sc掺杂BFO陶瓷对铁电性和磁性的影响  采用液相快速烧结的方法制备了多铁BiFe1-xScxO3(x=0.00-0.10)陶瓷,探究Sc掺杂BFO对其晶体结构,介电,铁电和铁磁的影响。研究表明:制备的Sc掺杂BFO陶瓷仍为纯相,具有菱方钙钛矿结构,属于R3c空间点群;随着掺杂浓度x的增加,样品的介电常数,介电损耗和剩余极化强度先增加后减小;在Sc掺杂量很小时(x<0.03),样品实现饱和铁电极化,剩余极化强度在x=0.03时达到最大17.6μC/cm2;与此同时,在x=0.01时,剩余磁化强度达到最大0.0105emu/g,磁性略微提高。  2.室温下Sm和Sc共掺对BFO陶瓷多铁性和磁电性的影响  采用液相快速烧结法制备了多铁Bi1-xSmxFe1-yScyO3(x=0.00-0.20;y=0.03)陶瓷,研究了室温下陶瓷的晶体结构及其铁电、介电和磁性能。结果表明:制备的Sm和Sc共掺BFO均保持纯相,随着掺杂量的增加,在x=0.15时,发生了结构转变,从菱方相(R3c)转变为正交相(Pbnm)。结构转变破坏了空间调制自旋序,提高了样品的电学和磁学性能。在最优组分Bi0.85Sm0.15Fe0.97Sc0.03O3(x=0.15),剩余极化强度达到16.5μC/cm2,磁化强度0.2020emu/g,磁介电效应0.46%,这是共同掺杂改善BFO多铁性的结果。
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