单相铋镓基多铁性薄膜阳离子位调控与性能研究
发布时间：2021-08-28 13:12
多铁材料是一种典型的先进功能材料,因其同时存在铁电、铁磁和铁弹序,使得它蕴含非常丰富的多场耦合效应,如压电、压磁和磁电耦合效应等,同时纳米结构具有丰富的表界面效应和尺寸效应,具有许多不同于块体材料的优异性能,因而多铁纳米材料能使器件实现多功能化、集成化、微型化,给微电子技术和信息技术带来革命性的发展。同时,多铁材料在传感器、驱动器、转换器、衰减器、过滤器、场探针、存储器及微电子行业等具有广泛的应用前景。因为这些显著的特点,多铁材料是材料、物理和固体力学等领域中的重要研究方向,其中蕴含着丰富的材料科学、物理和力学等问题,引起了国内外广大科学工作者的关注。本论文率先采用溶胶-凝胶法制备了0.86BiTi0.1Fe0.8Mg0.1O3-0.14CaTiO3（BTFM-CTO）多铁性单晶外延薄膜;并对其阳离子位组分进行了调控,（1-x）BiTi（1-y）/2FeyMg（1-y）/2O3-（x）CaT...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多铁材料矢量与性能之间的耦合关系图[31]
湘潭大学硕士毕业论文6形成局域磁矩，不能产生磁有序结构，也不会表现出磁性，而铁磁性又要求d轨道是半充满电子状态。铁电性与磁性对B位离子d轨道填充方式的要求就导致了这两种有序态的互斥[54]。单相多铁材料按照铁电性的来源可以分为I型多铁材料和II型多铁材料。如图1.2所示[55]，如果材料中的铁电有序与铁磁有序相互独立存在，没有直接关联，则将其划分为I型多铁材料，因此I型多铁材料的磁电耦合作用相对较弱；如果材料的铁电性由其晶格内磁性离子特殊的磁结构诱导产生的，则将其分为II型多铁材料，II型多铁材料相对于I型多铁材料会具有更小的铁电极化。I型多铁材料铁电性主要来源为孤对电子、几何结构、电荷有序，II型多铁材料铁电性主要来源为非共线螺旋磁有序机制和共线自旋磁有序机制。图1.2单相多铁材料的分类[55]1.孤对电子型在大多数的氧化物中，其中有些离子的最外层s轨道上两个电子是以sp轨道杂化的形式参与化学成键的。如果s轨道上两个电子没有参与成键，则这两个电子被称为孤对电子。BiFeO3是最常见的孤对电子型单相多铁材料，Bi3+拥有这样两个孤对电子，它的铁电性来源于6s2轨道上带有孤对电子的Bi3+向FeO6八面体方向的移动，偏离中心位置，在[111]方向产生自发极化，从而产生铁电性[56]。BiFeO3中的磁性则由Fe3+引入。2.几何结构型六角晶系的锰氧化物具有几何结构型，常见的单相多铁材料有YMnO3、
第1章绪论7HoMnO3等材料。它们B位只有磁性的Mn离子，A位离子也不具有孤对电子，但仍能表现出铁电性与磁性。以YMnO3为例，MnO5通过共顶角O离子相连成一层，Y离子独自一层，从顺电相转变为铁电相，MnO5多面体产生倾斜，从而导致了Y-O键产生了偏移，表现出了铁电性[57]。3.电荷有序型在多铁材料中，电荷载流子在低于某个临界温度时会产生局域化，不同价态的离子形成周期性排列，导致材料中铁电性的产生，这种多铁材料被归类为电荷有序型多铁材料。典型的有Fe3O4、LuFe2O4等[58,59]，以LuFe2O4为例，如图1.3所示，晶胞中的铁离子是存在同等数量Fe3+与Fe2+占据相同的格点，低于350K时，具有相反等效电荷的两种Fe离子由于库仑作用力形成离子数目1:2与2:1的层状交替堆砌的方式，从而形成电荷有序。两层的Fe离子电荷中心不重合，有序的电偶极子导致了铁电性的产生。图1.3低温下LuFe2O4电荷有序相沿着z方向的立体结构示意图[60]4.非共线螺旋磁有序型在非共线螺旋型多铁材料中，铁电性是由非共线螺旋磁有序结构所诱发的，其中材料的螺旋磁有序结构起源于最近邻(平行)铁磁与次近邻反铁磁(反平行)交互作用竞争(磁阻措)，磁自旋排列会被限制在易磁化面内而呈螺旋状。5.共线自旋磁有序型在共线自旋磁有序型多铁材料中，铁电性是由材料中共线磁有序结构所诱发的，其中材料的共线自旋磁有序结构起源于此状态下的磁晶各向异性能远大于螺旋磁有序结构状态下的磁晶各向异性能强度。常见的非共线螺旋型多铁材料有Ca3CoMnO6、Y2CoMnO6、Y2NiMnO6、和TbMn2O5等[61-63]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微纳尺度多铁异质结中电驱动磁反转[J]. 宋骁,高兴森,刘俊明. 物理学报. 2018(15)
[2]多铁异质结构中逆磁电耦合效应的研究进展[J]. 陈爱天,赵永刚. 物理学报. 2018(15)
[3]单相多铁性材料——极化和磁性序参量的耦合与调控[J]. 王克锋,刘俊明,王雨. 科学通报. 2008(10)
[4]单相磁电多铁性体研究进展[J]. 迟振华,靳常青. 物理学进展. 2007(02)
博士论文
[1]溶胶凝胶法制备外延压电薄膜的相结构及电学性能[D]. 郁琦.清华大学 2014
[2]多重铁性微纳米材料的制备与表征[D]. 谢淑红.湘潭大学 2008
本文编号：3368577
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多铁材料矢量与性能之间的耦合关系图[31]
湘潭大学硕士毕业论文6形成局域磁矩，不能产生磁有序结构，也不会表现出磁性，而铁磁性又要求d轨道是半充满电子状态。铁电性与磁性对B位离子d轨道填充方式的要求就导致了这两种有序态的互斥[54]。单相多铁材料按照铁电性的来源可以分为I型多铁材料和II型多铁材料。如图1.2所示[55]，如果材料中的铁电有序与铁磁有序相互独立存在，没有直接关联，则将其划分为I型多铁材料，因此I型多铁材料的磁电耦合作用相对较弱；如果材料的铁电性由其晶格内磁性离子特殊的磁结构诱导产生的，则将其分为II型多铁材料，II型多铁材料相对于I型多铁材料会具有更小的铁电极化。I型多铁材料铁电性主要来源为孤对电子、几何结构、电荷有序，II型多铁材料铁电性主要来源为非共线螺旋磁有序机制和共线自旋磁有序机制。图1.2单相多铁材料的分类[55]1.孤对电子型在大多数的氧化物中，其中有些离子的最外层s轨道上两个电子是以sp轨道杂化的形式参与化学成键的。如果s轨道上两个电子没有参与成键，则这两个电子被称为孤对电子。BiFeO3是最常见的孤对电子型单相多铁材料，Bi3+拥有这样两个孤对电子，它的铁电性来源于6s2轨道上带有孤对电子的Bi3+向FeO6八面体方向的移动，偏离中心位置，在[111]方向产生自发极化，从而产生铁电性[56]。BiFeO3中的磁性则由Fe3+引入。2.几何结构型六角晶系的锰氧化物具有几何结构型，常见的单相多铁材料有YMnO3、
第1章绪论7HoMnO3等材料。它们B位只有磁性的Mn离子，A位离子也不具有孤对电子，但仍能表现出铁电性与磁性。以YMnO3为例，MnO5通过共顶角O离子相连成一层，Y离子独自一层，从顺电相转变为铁电相，MnO5多面体产生倾斜，从而导致了Y-O键产生了偏移，表现出了铁电性[57]。3.电荷有序型在多铁材料中，电荷载流子在低于某个临界温度时会产生局域化，不同价态的离子形成周期性排列，导致材料中铁电性的产生，这种多铁材料被归类为电荷有序型多铁材料。典型的有Fe3O4、LuFe2O4等[58,59]，以LuFe2O4为例，如图1.3所示，晶胞中的铁离子是存在同等数量Fe3+与Fe2+占据相同的格点，低于350K时，具有相反等效电荷的两种Fe离子由于库仑作用力形成离子数目1:2与2:1的层状交替堆砌的方式，从而形成电荷有序。两层的Fe离子电荷中心不重合，有序的电偶极子导致了铁电性的产生。图1.3低温下LuFe2O4电荷有序相沿着z方向的立体结构示意图[60]4.非共线螺旋磁有序型在非共线螺旋型多铁材料中，铁电性是由非共线螺旋磁有序结构所诱发的，其中材料的螺旋磁有序结构起源于最近邻(平行)铁磁与次近邻反铁磁(反平行)交互作用竞争(磁阻措)，磁自旋排列会被限制在易磁化面内而呈螺旋状。5.共线自旋磁有序型在共线自旋磁有序型多铁材料中，铁电性是由材料中共线磁有序结构所诱发的，其中材料的共线自旋磁有序结构起源于此状态下的磁晶各向异性能远大于螺旋磁有序结构状态下的磁晶各向异性能强度。常见的非共线螺旋型多铁材料有Ca3CoMnO6、Y2CoMnO6、Y2NiMnO6、和TbMn2O5等[61-63]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微纳尺度多铁异质结中电驱动磁反转[J]. 宋骁,高兴森,刘俊明. 物理学报. 2018(15)
[2]多铁异质结构中逆磁电耦合效应的研究进展[J]. 陈爱天,赵永刚. 物理学报. 2018(15)
[3]单相多铁性材料——极化和磁性序参量的耦合与调控[J]. 王克锋,刘俊明,王雨. 科学通报. 2008(10)
[4]单相磁电多铁性体研究进展[J]. 迟振华,靳常青. 物理学进展. 2007(02)
博士论文
[1]溶胶凝胶法制备外延压电薄膜的相结构及电学性能[D]. 郁琦.清华大学 2014
[2]多重铁性微纳米材料的制备与表征[D]. 谢淑红.湘潭大学 2008
本文编号：3368577
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