层状多铁性Bi6Fe2Ti3O18薄膜的制备及其磁电性能研究

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多铁性材料是指兼具铁电序和磁有序的一类材料,并且各种序参量之间存在相互作用,具有丰富的物理性质和重要的应用前景,多年来,一直是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。但目前发现的单相多铁性材料铁电和磁性共存的温区大多在低温,室温区的电极化、磁性以及磁电耦合效应通常很弱,成为制约其应用的瓶颈问题。此外,各种单相多铁性体系中铁电与磁性起源以及耦合机制仍然存在许多争议。因此,开展新的具有室温多铁性的材料体系研究具有重要意义。  本论文以层状结构Aurivillius相新型多铁性材料为研究对象,重点开展了对Bi6Fe2Ti3O18及其掺杂体系的化学溶液沉积方法(CSD)薄膜制备以及磁电性能的系统研究工作,主要研究内容和取得的结果如下:  1、Bi6Fe2Ti3O18薄膜制备工艺的探索。通过对前驱体溶液浓度的优化,薄膜最佳烧结温度的探索,薄膜最佳厚度的探索,最后发现薄膜的最佳烧结温度为700℃,最佳薄膜厚度为500nm。  2、Bi6Fe2Ti3O18薄膜的掺杂研究。通过在Bi6Fe2Ti3O18的Fe位掺杂不同含量的Co来研究薄膜的微结构及其多铁性能的变化,结果表明Bi6Fe2-xCoxTi3O18中当x=0.6时,材料获得了较好的室温多铁性能,颗粒尺寸效应和氧空位的竞争作用很好的提高了x=0.6样品的铁电性能,Fe-O和Co-O子格的Dzyaloshinskii-Moriya(DM)超交换作用较好改善了x=0.6样品的室温铁磁性能。然后我们对Bi6Ti3Fe1.4Co0.6O18样品进行了Bi位La的掺杂,结果表明La的掺杂改进了材料的铁电性能,这是由于稀土离子La的掺入减少了Bi的挥发,从而减少了材料的Bi空位和氧空位缺陷。  3、采用逐层退火的方法制备Bi6Fe2Ti3O18和Bi6Ti3Fe1.4Co0.6O18薄膜及其对磁电性能的影响。结果发现逐层退火的方法很好的改进了薄膜的铁电性能,这主要是由于颗粒尺寸的长大和Bi挥发的抑制,减少了缺陷和氧空位;而逐层退火减弱了其铁磁性能,这是由于层间的局域磁性相互抵消作用减小了薄膜的磁性。  
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