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单相多铁性材料由于同时具备多种铁性和复杂的物理关联效应,使其不仅在基础物理研究方面具有重要价值,更为新型器件开发应用提供了新的设计思想。BiFe0(BFO)是目前唯一同时具有室温多铁性,并最有希望进入实际应用的单相多铁性材料。但其仍存在漏电流大、磁及磁电耦合性能弱等问题。
本论文详细研究了化学溶液沉积法(CSD)制备BFO基薄膜在热处理过程中外加磁场对其微结构和性能的影响。具体内容如下:
1)采用CSD的方法在零磁场下制备并研究了烧结温度,前驱胶体浓度调控的单层薄膜厚度以及薄膜总厚度变化对其微结构和性能的影响。实验结果表明获得BFO薄膜的制备温区为475-575℃,最佳晶化温度为550℃。随着厚度的增加,薄膜(001)取向度、漏电流、磁化强度和磁电耦合性能降低,但铁电性能增强,具有较好性能所需薄膜厚度为400-600nm。
2)利用自行研制的磁场下热处理装置,对分别在单晶Si和Pt/Ti/Si02/Si衬底上制备的BFO前驱膜进行磁场(0-0.7T)下的退火处理。通过对薄膜微结构和性能研究,发现磁场退火有利于薄膜颗粒的生长,(001)取向度的提高,介电、铁电、磁性能的改善和磁电耦合效应的增强,
3)通过对磁场下制备的Bi0.9YO.lFe03(BYFO)和BiFe0.95Mrlo.0503(BFMO)薄膜的微结构和性能的研究,同样发现退火磁场促进了两薄膜颗粒的生长,降低了漏电流,提高了磁性能。而退火磁场对BYFO和BFMO薄膜的(001)取向度、介电和铁电性能的调控结果完全相反。
4)通过对磁场下制备的BiFe0/CoFe204双层薄膜的微结构和性能的测量分析,发现BFO薄膜的(001)取向度、颗粒尺寸、介电、铁电性能得到提高。降低了双层薄膜的磁性能,但增强了BFO,CFO薄膜之间的耦合作用。
总的来说,磁场下制备方法可以作为调控BFO基薄膜磁电耦合性能的一种有效手段。同时本研究工作也为下一步开展强磁场下材料制备研究奠定了基础。