论文部分内容阅读
Aurivillius相结构的铋层状材料因其具有强铁电/压电性、高居里点和抗疲劳性等特点,尤其是其中不同物理序参量之间的相互耦合作用,如力与极化、磁与铁极化等,所引起的新物理现象/效应,使得其在传感器、微波设备、数据存储和光电技术等领域有着广泛应用潜力。Bi5Ti3FeO15（BTFO）是一种典型的铋层状材料体系,除其具有Aurivillius相的特点外,呈现出铁电极化和磁共存的多铁特性以及两者之间的耦合作用。但其磁序为反铁磁作用,转变温度低,磁与电耦合较弱以及耦合机制不清晰等,因此,目前对于BTFO体系的研究主要集中于此。研究表明元素掺杂是一种非常有效的技术手段,可实现对材料性能的调制和改性。我们通过Mn元素掺杂,系统地研究了不同Mn掺杂浓度对BTFO材料的结构和电学影响行为,尤其是对磁结构的调制作用。基于此,本论文的主要研究结果如下。一、我们利用化学溶液沉积法制备了不同Mn掺杂浓度的BTFO薄膜,其结构通式为Bi5Ti3Fe1-xMnxO15（BTFMO,其中x=0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.4。）。系统地研究了这一系列BTFO薄膜样品的微结构、晶体结构、电学性质、畴开关行为和磁学性质等。结果表明Mn掺杂并未改制BTFO体系的Aurivillius相结构,但Mn掺杂有助于BTFO薄膜晶粒的长大。二、研究发现Mn掺杂可以增强BTFO体系的铁电性和介电性,但存在一定的掺杂极限。当Mn掺杂浓度为0.25时体系的铁电和介电性最优,即剩余极化强度（Pr）可达17.2μC/cm2,10kHz下的相对介电常数（?r）可达371.2;但进一步增加Mn后,铁电性和介电性开始恶化,并在低频段出现了介电弛豫行为,表明了Mn掺杂引入了更多空间缺陷电荷。此外,研究发现Mn掺杂可以影响薄膜漏电,低浓度时漏电流较小,此时材料的漏电机制为肖特基发射、SCLC和PF发射多种机制共同作用;掺杂浓度较高时漏电显著增加,同时漏电机制转变为欧姆电导行为。三、研究发现Mn掺杂能调制BTFO材料的磁序,使BTFO从反铁磁序转变为铁磁序,从而使薄膜表现为铁磁特性。另外,掺杂还能提高材料的磁性,薄膜的剩余极化随Mn掺杂浓度增加而提高,可能源于Fe和Mn的超交换作用。四、通过对薄膜的铁电畴结构的研究,发现所有Mn掺杂的BTFO薄膜都呈现出0 o和180 o的畴结构,表明了铁电极化的存在,并通过“回”字测试,实现了180 o畴结构反转。