CaFe3Ti4O12钙钛矿及其掺杂体系的高压制备与多铁性研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:willingqiu
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化学式为AA?3B4O12的A位有序四重钙钛矿氧化物,因其A?位与B位均可容纳过渡金属离子,从而可产生多种新型磁电相互作用,导致系列新颖物理性质的出现。本文发挥高温高压实验条件在材料合成上不可替代的优势,制备了单相性良好的四重钙钛矿CaFe3Ti4O12及其B位掺杂体系LaFe3(Ti3Fe)O12,系统研究了材料体系晶体结构与物理性质,并探索了相关物理机制。主要的创新性研究内容如下:(一)利用高温高压实验条件,合成了单相性良好的CaFe3Ti4O12多晶样品,并对该材料进行了X射线衍射、中子衍射、磁化率、磁化强度、介电常数、电极化、电滞回线等一系列综合测试。实验结果表明,CaFe3Ti4O12在室温具有空间群为Im-3的A位有序四重钙钛矿结构,随着温度降低到107 K时发生顺电-铁电相变,空间群变为极化的R3。进一步降温至3.2 K时,A?的Fe2+离子形成长程反铁磁有序,并且该磁有序会诱导电极化的产生。外加磁场可显著调控电极化的大小,导致磁电耦合效应的出现(1T时磁电耦合系数高达500 ps/m)。(二)在高温高压条件下制备了B位掺杂的LaFe3(Ti3Fe)O12多晶样品。X射线衍射实验表明该材料也结晶为A位有序四重钙钛矿结构,空间群是Im-3,且B位的Fe3+离子和Ti4+离子是无序分布的。介电测试显示,该样品在12 K附近发生弛豫铁电相变,说明B位掺杂不仅可以大大降低铁电相变温度,而且B位无序的形成可改变铁电相变的本质。这些结果表明Ti4+离子在CaFe3Ti4O12的顺电-铁电相变中发挥着重要的作用。
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