Yb掺杂和物理压力对BiFeO3结构和磁性的影响

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多铁材料是指在同一个相中同时存在铁磁性、铁电性、铁弹性中的两种或者两种以上的功能材料。多铁性磁电材料是研究比较多的一种多铁材料,在这种材料中铁电性和铁磁性共存,而且这两种有序结构可以耦合产生出单一的铁性材料所不具有的性质。正是因为多铁材料的特有性质使其有很广阔的应用前景,例如:可以用来制作与铁电性与磁性相关的记忆材料、自旋电子器件、信息存储器、传感器等。BiFeO3与其他的多铁相比有着一个巨大的优势,即在室温下能同时表现出铁电性和反铁磁性,其反铁磁转变温度(TN640K)和铁电转变温度(TC1100K)都高于室温。基于以上性质,BiFeO3有着潜在的应用前景。但是弱铁磁性和高漏电流阻碍了其潜在的应用。研究发现,A位掺杂和物理压力可以有效改变BiFeO3的物理性质。我们用化学掺杂和物理压力两种方法来改善BiFeO3的性能,本文的研究内容和主要结论如下:1.采用溶胶-凝胶法制备出Bi1-xYbxFeO3(x=0-0.2)粉晶样品。通过X射线衍射(XRD)、Raman光谱和磁性测量对Bi1-xYbxFeO3(x=0-0.2)的结构和磁性进行研究。XRD和Raman光谱的结果分析显示,当x=0.1-0.125时,发生了结构相变,从菱形R3c相到正交Pnma相,对应着铁电-顺电的转变。通过磁性研究发现,在结构相变之前,剩余磁化强度随着掺杂浓度的增大逐渐增强,这是因为通过掺杂Yb3+,D-M相互作用增强;发生结构相变之后,随着掺杂浓度的继续增大,剩余磁化强度减弱,其原因是形成了良好的反铁磁序排列。2.采用同步辐射X射线和高压Raman光谱对Bi0.8Yb0.2FeO3进行研究,希望可以通过化学掺杂和物理压力方法得到比之前仅靠物理压力使BiFeO3发生结构转变更低的压力点。结果发现压力从常压下增大到51GPa,Bi0.8Yb0.2FeO3仍保持正交Pnma相,并未重新进入铁电相。但是随着压力的逐渐增大,晶格常数逐渐减小,拉曼峰逐渐地往高频移动,用状态方程对体积/压力进行拟合,发现在相同的压力范围内体弹模量比BiFeO3的要大,而且根据轨道交叠积分函数来预测反铁磁转变温度TN随着压力的变化逐渐的增大。
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