Sr_2FeMoO_6与BiFeO_3结构诱导磁电性质研究

【摘要】钙钛矿型氧化物一直是凝聚态物理学研究的热点之一。近年来,科学家们对单钙钛矿及双钙钛矿材料的性能机制做了详细的探讨,取得了丰硕的成果,但仍存在大量悬而未决的问题。基础研究与实际应用唇齿相依,通过以钙钛矿结构为代表氧化物的深入研究,必将大大促进凝聚态物理学的发展和进一步完善,同时为寻找新的功能材料提供突破口。本论文理论和实验研究相结合,讨论了单钙钛矿和双钙钛矿氧化物的微结构和电磁性质。对双钙钛矿结构A2BB’O6氧化物Sr2FeMoO6的成相和结构进行了详细探讨,并对A位进行了阳离子掺杂研究。对单钙钛矿结构ABO3型氧化物BiFeO3进行了负离子掺杂研究,讨论了其磁电相互作用。我们对上述两种材料进行了微结构和相关物性测量,主要取得了以下创新结果：1)利用长时固相烧结法合成了单相双钙钛矿磁性材料Sr2FeMoO6,详细研究了其成相过程和结构变化信息。X射线粉末衍射(XRD)精修结果表明：增加烧结时间有利于提高Fe/Mo有序度,Fe-O和Mo-O平均键长以及Fe06和Mo06体积都随烧结时间的增加而有所减小。反位缺陷是影响SFMO物性的重要因素。通过对几何结构因子的分析,SFMO的XRD图20≈19°处的(101)衍射峰积分强度与20≈32°处的(200)+(112)衍射峰积分强度的比值可简单估算出Fe/Mo有序度的变化。这一结果使有序度的求解可以直接从XRD图谱的积分强度比中得到,从而使有序度的求解相对Rietveld结构精修变得简化。2)采用固相反应法制备了A位Gd掺杂的Sr2-xGdxFeMoO6系列样品。5%H2/Ar还原气体的流量和烧结时间是合成单相样品的关键。所有样品空间群14/m并未发生变化,但晶格参数a,c和v随x的增加而降低,这是由较小的Gd3+取代较大的Sr2+引起的。Gd3+取代Sr2+属于电子掺杂,Gd3+取代Sr2+使Mo位的平均价态降低,这必将影响Fe-O-Fe,Mo-O-Mo及Mo-O-Fe之间的双交换作用。Gd3+是镧系磁矩最大的离子,首次观测到Gd3+离子磁矩与Fe3+离子磁矩反平行排列,其有效磁矩为1.5μB,小于理论磁矩8μB。3)采用固相反应法制备了多铁材料BFO样品及首次采用溶胶凝胶法制备F掺杂BFO样品,并对其性能进行了详细的探讨。固相反应法烧结BFO时,780。C烧结30min是个比较合适的烧结时间。成功制备出在室温下同时具有铁磁性和铁电性的阴离子掺杂样品BiFeO3-xFx(x=0,0.10.15,0.2,0.25),讨论了F掺杂对晶格结构、磁性及电极化的影响。XRD精修结果和684ev处F1s的XPS能谱证实F有效地掺入晶格。Fe2P的XPS能谱峰表明F掺杂使Fe2+比例增加,这是导致宏观磁性增强的主要原因。较小的F取代较大的O使晶格参数变小,这有效抑制了螺旋磁矩周期,从而使电极化增强。未掺杂BFO样品的剩余磁化强度几乎为0,而掺杂比例为BiFeO2.75F0.25寸,其剩余磁化强度增加到～0.0416emu/g。剩余极化强度也从未掺杂时的～0.12μc/cm2增加到～5.1μc/cm2,这表明BFO多铁性对F掺杂很敏感,F掺杂为磁性及电极化的相互调控提供了可能。
【作者】胡艳春；
【导师】吴小山；
【作者基本信息】南京大学，凝聚态物理，2011，博士
【关键词】钙钛矿型氧化物；X射线衍射；微结构；磁电阻效应；多铁性；

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