含铋层状钙钛矿型薄膜多铁性能与回线动力学标度

发布时间：2018-01-19 18:36

  本文关键词： 多铁薄膜 层状钙钛矿 磁电耦合 溶胶-凝胶法 回线动力学标度　出处：《青岛大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本论文设想把磁性基团BiFeO_3、YFe O3或BiFe_(0.5)Co_(0.5)O_3插入到层状钙钛矿型铁电体Bi_4Ti_3O_(12)基质中,以期合成室温单相磁电多铁性材料。用溶胶-凝胶工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了单相的层状钙钛矿型Bi_4Ti_3O_(12)-nBiFeO_3(n=0.5、1.0、1.5)、Bi_4Ti_3O_(12)-YFeO_3和Bi_4Ti_3O_(12)-BiFe_(0.5)Co_(0.5)O_3多铁薄膜,研究了室温下薄膜的铁电、介电、磁性和磁介电性能。为获取薄膜中铁电畴结构和极化翻转信息,还研究了Bi_4Ti_3O_(12)-nBiFeO_3(n=0.5、1.0)和Bi_4Ti_3O_(12)-YFeO_3薄膜的回线动力学标度。主要结果和结论如下:1、室温下层状钙钛矿型Bi_4Ti_3O_(12)-nBiFeO_3(n=0.5、1.0、1.5)薄膜具有良好的铁电性,随被插入磁性单元BiFeO_3层数增加,薄膜的弱铁磁性如期增强。Bi_4Ti_3O_(12)-BiFeO_3薄膜呈显著的室温磁介电效应,在外磁场0.45 T和测试频率100 kHz时,其磁介电耦合系数MDC值达3.5%。在高频强电场下,Bi_4Ti_3O_(12)-BiFeO_3薄膜的回线动力学标度关系为A∝f-0.05Eo1.26,与Bi_4Ti_3O_(12)-0.5BiFeO_3薄膜相比,该薄膜的回线面积对频率和外场幅值的依赖性更弱,其铁电性能更稳定。2、制备了室温下铁电性和弱铁磁性共存的层状钙钛矿型Bi_4Ti_3O_(12)-YFe O3薄膜,其剩余极化2Pr与饱和磁化强度Ms分别为53.62mC/cm2和0.50 emu/cm3。当外加电场幅值在10-30 kV/cm范围时,Bi_4Ti_3O_(12)-YFeO_3薄膜依次存在着欧姆导电、空间电荷限制电流和陷阱填充导电三种导电机制。3、制备了有一定c轴择优取向的层状钙钛矿型Bi_4Ti_3O_(12)-BiFe_(0.5)Co_(0.5)O_3多铁薄膜,其剩余极化2Pr与饱和磁化强度Ms分别为20mC/cm2和4.3 emu/cm3。该Ms值远高于上述Bi_4Ti_3O_(12)-Bi Fe O3薄膜的Ms值0.45 emu/cm3。在0.45 T/100 kHz下,Bi_4Ti_3O_(12)-BiFe_(0.5)Co_(0.5)O_3薄膜的磁介电MDC绝对值达3.1%。该MDC值略低于上述Bi_4Ti_3O_(12)-BiFeO_3薄膜的MDC值3.5%,这是因为Co离子部分取代Fe离子抑制了Bi_4Ti_3O_(12)-BiFe_(0.5)Co_(0.5)O_3薄膜中Fe2+的生成,Fe2+与Fe3+形成局域偶极子随之减少。
[Abstract]:In this paper, the magnetic group BiFeO_3 is proposed. YFe O3 or BiFe_(0.5)Co_(0.5)O_3 is inserted into the layered perovskite-type ferroelectrics Bis _ 4Ti _ 3O _ s _ 12) matrix. The single-phase layered perovskite BiSZ _ 4Ti _ 3O _ s _ (12) was successfully prepared on Pt/Ti/SiO2/Si substrate by sol-gel process with a view to synthesizing single-phase magnetoelectric polyferroelectric materials at room temperature. -nBiFeO _ 3 / 0. 5. 1. 1. 5). Bi_4Ti_3O_(12)-YFeO_3 and Bi_4Ti_3O_(12)-BiFe_(0.5)Co_(0.5)O_3 thin films. The ferroelectric, dielectric, magnetic and magnetic dielectric properties of the films at room temperature were studied. Bi_4Ti_3O_(12)-nBiFeO_3(n=0.5 was also studied. The main results and conclusions are as follows: 1: 1. At room temperature, the layered perovskite type BiSZ _ 4Ti _ 3O _ O _ 1 _ 12 _ n _ BiFeO _ 3 _ T _ 3N _ 3 / T _ 3 / T _ 2 thin films have good ferroelectric properties. With the increase of the number of BiFeO_3 layers, the weak ferromagnetism of the thin films increases as scheduled. When the external magnetic field is 0. 45T and the test frequency is 100 kHz, the magnetic dielectric coupling coefficient (MDC) is up to 3. 5 in high frequency and strong electric field. The dynamic scaling relationship of Bi_4Ti_3O_(12)-BiFeO_3 films is a f -0.05Eo 1.26. Compared with the Bi_4Ti_3O_(12)-0.5BiFeO_3 film, the loop area of the film is less dependent on the frequency and the amplitude of the external field, and the ferroelectric properties of the film are more stable than that of the Bi_4Ti_3O_(12)-0.5BiFeO_3 film. Layered perovskite-type Bi_4Ti_3O_(12)-YFe O3 thin films with both ferroelectric and weak ferromagnetic properties were prepared at room temperature. The residual polarization 2pr and saturation magnetization Ms are 53.62mC / cm ~ 2 and 0.50 emu / cm ~ 3, respectively. When the applied electric field amplitude is in the range of 10-30 kV/cm. The Bi_4Ti_3O_(12)-YFeO_3 thin films have ohmic conduction, space charge limiting current and trap filled conduction in turn. 3. 3. Layered perovskite-type Bi_4Ti_3O_(12)-BiFe_(0.5)Co_(0.5)O_3 polyiron thin films with c-axis preferred orientation were prepared. The residual polarization 2pr and saturation magnetization Ms are 20mC / cm ~ 2 and 4.3 emu / cm ~ 3, respectively. The Ms value of Bi Fe O 3 thin films is 0.45 emu / cm 3. At 0.45 T / 100 kHz. Bi4Ti3OS _ _ _. The absolute magnetic dielectric MDC value of the O _ 3 thin film is 3.1. The MDC value is slightly lower than the MDC value of the Bi_4Ti_3O_(12)-BiFeO_3 film mentioned above 3.5%. This is because Co ions partially replace Fe ions to inhibit the formation of Fe2 in Bi_4Ti_3O_(12)-BiFe_(0.5)Co_(0.5)O_3 films. The formation of local dipoles by Fe2 and Fe3 decreased.
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM221;TB383.2

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本文编号：1445058