Re:ErFeO 3 晶体的生长及其性能研究
发布时间：2021-09-28 03:02
近年来,由于在正交钙钛矿结构稀土正铁氧体RFeO3中激光诱导超快自旋重取向,多铁及低温强磁电耦合效应的发现,使凝聚态研究领域对这种材料愈发广泛关注,成为此方面的研究重点。不过受到RFeO3晶体熔点高等因素的影响,RFeO3单晶质量不高问题一直存在,这对其进一步应用产生不良影响。通过适当的掺杂可调节钙钛矿性能,这也是此方面的研究热点。本论文选取ErFeO3,Gd0.4Er0.6FeO3和Dy0.4Er0.6Fe O3晶体作为研究对象,以高纯氧化物粉体为原料,采用光学浮区法生长单晶,对其制备工艺、多铁性能以及磁性能展开研究。通过大量的晶体生长实验,确定了稳定生长的工艺条件,得到了高质量的单晶。通过物相结构分析单晶的质量,并定向切割得到a、b、c三个方向晶片。通过多铁性测试ErFeO3,Gd0.4Er0.6FeO3和Dy0.4Er0.6
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RFeO3的晶体结构
第1章绪论3大多数的自旋重取向转变都是伴随着温度的下降，并且由Г4（Gx，Ay，Fz）变成Г2（Fx，Cy，Gz）。高温时RFeO3中的Fe3+离子自旋排列方式Г4（Gx，Ay，Fz），Fe3+离子自旋在c方向有个很小的倾角，从而在c方向存在净磁矩F。图1.2Dy0.5Pr0.5FeO3自旋重取向转变上海大学吴海龙等人[16]发现复合正铁氧体Dy0.5Pr0.5FeO3存在两个自旋重取向相转变Г4（Gx，Ay，Fz）—Г1（Ax，Gy，Cz）—Г2（Fx，Cy，Gz），如图1.2所示。对样品进行场冷却磁化强度测试时发现：当外加磁场为100Oe时可观测到两个自旋重取向相转变，而当外加磁场达到500Oe时只观测到一个自旋重取向相转变Г4（Gx，Ay，Fz）—Г2（Fx，Cy，Gz），并且外加磁场改变了自旋重取向相转变温度。赵伟尧等[17]系统研究了Dy1-xSmxFeO3（DSFO）正铁氧体的自旋重取向相转变，如图1.4所示。DSFO的自旋重取向温度随着Sm的含量的增加而线性增加。研究发现RFeO3中Fe3+-R3+磁交换作用强度对其自旋重取向相转变温度产生直接影响，SmFeO3自旋重取向相转变温度明显高于其他铁氧体，其原因在于这种材料的Fe3+-R3+磁交换作用更强大。DSFO的这种取向转变温度取值和稀土Dy加入比表现出负相关关系，就是因为稀士Dy的掺入减小了DSFO的Fe3+-R3+磁交换作用。SmFeO3[18]、NdFeO3[19,20]、CeFeO3[21]、ErFeO3[22,23]、TbFeO3[24]、DyFeO3[25,26]等这类稀土正铁氧体的自旋重取向相转变，绝大多数转变的温度相对比较低，而且是Г4（Gx，Ay，Fz）—Г2（Fx，Cy，Gz）的磁相转变。
第1章绪论4图1.3Dy1-xSmxFeO3磁温曲线1.2.3RFeO3的多铁性能多铁性材料是一种在一定温度下铁电、铁磁、铁弹性有序共存并具有磁电弾耦合性质的材料[29,30]。在已发现的多铁性体中，目前关于稀土锰氧化物的研究较多，也最深入[31-33]，有些学者针对稀土铁氧化物进行研究时，发现了多铁性质。对其铁电极化机制进行分析发现，主要是和磁性离子自旋相关的交换伸缩作用存在相关性，即当两个离子是磁性离子自旋方向平行排列时，两个离子相互吸引，从而两个离子之间键长缩短；而当两个离子自旋方向反平行排列，两个离子相互排斥，两个离子之间键长伸长[34]。2008年，Y.Tokunaga在DyFeO3单晶中发现了灵敏巨大的磁电耦合效应[35]。在稀土离子奈尔温度TN以下，在没有外部磁场，或者磁场小于Fe3+临界磁场HrFe，这种状态下Dy3+的自旋排列形式会产生变化，而形成GxAy形式，铁离子的形成AxGyCz形式，在外部磁场超过HrFe时，铁的自旋排列方式转变为GxAyFz。由于Dy3+与铁离子交换伸缩作用而促使其离子偏离了中心位置，原来的对称状态被打破，并据此引发铁电极化。第二年，Y.Tokunaga又在GdFeO3单晶中发现了自发的多铁相[36]。低温下GdFeO3中铁离子自旋GxAyFz，不同于DyFeO3铁离子自旋排列，使得Gd3+可在无外部磁场条件下，偏离对称中心，出现铁电极化现象，进而产生多铁相。2014年，该小组又基于Dy0.7Tb0.3FeO3单晶研究了其磁场诱导电滞回线的偏移效应[37]。磁化强度M会当电场的快速翻转而发生翻转，说明Dy0.7Tb0.3FeO3单晶低温下磁化强度与电极化强度的紧密关联。实验发现磁场诱导的电滞回线的偏移值△E可以通过所加磁场的大小及频率控制。2011年，Lee等[38]人发现室温下SmFeO3在[010]方向存在异常的铁电极化。第一性原理计算结果表明Fe3+自旋的反D-M相互作
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁光效应及其应用[J]. 缪秀平. 科教导刊(上旬刊). 2011(09)
[2]钙钛矿型复合稀土铁氧化物电子结构的第一性原理研究[J]. 邢伯蕾,吴棱,秦改萍,李奕,章永凡,李俊篯. 化学学报. 2007(17)
[3]用于高性能光隔离器的复合稀土铁石榴石ReYbBiIG单晶材料研究[J]. 张溪文,梁军,张守业. 无机材料学报. 2003(04)
本文编号：3411118
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
RFeO3的晶体结构
第1章绪论3大多数的自旋重取向转变都是伴随着温度的下降，并且由Г4（Gx，Ay，Fz）变成Г2（Fx，Cy，Gz）。高温时RFeO3中的Fe3+离子自旋排列方式Г4（Gx，Ay，Fz），Fe3+离子自旋在c方向有个很小的倾角，从而在c方向存在净磁矩F。图1.2Dy0.5Pr0.5FeO3自旋重取向转变上海大学吴海龙等人[16]发现复合正铁氧体Dy0.5Pr0.5FeO3存在两个自旋重取向相转变Г4（Gx，Ay，Fz）—Г1（Ax，Gy，Cz）—Г2（Fx，Cy，Gz），如图1.2所示。对样品进行场冷却磁化强度测试时发现：当外加磁场为100Oe时可观测到两个自旋重取向相转变，而当外加磁场达到500Oe时只观测到一个自旋重取向相转变Г4（Gx，Ay，Fz）—Г2（Fx，Cy，Gz），并且外加磁场改变了自旋重取向相转变温度。赵伟尧等[17]系统研究了Dy1-xSmxFeO3（DSFO）正铁氧体的自旋重取向相转变，如图1.4所示。DSFO的自旋重取向温度随着Sm的含量的增加而线性增加。研究发现RFeO3中Fe3+-R3+磁交换作用强度对其自旋重取向相转变温度产生直接影响，SmFeO3自旋重取向相转变温度明显高于其他铁氧体，其原因在于这种材料的Fe3+-R3+磁交换作用更强大。DSFO的这种取向转变温度取值和稀土Dy加入比表现出负相关关系，就是因为稀士Dy的掺入减小了DSFO的Fe3+-R3+磁交换作用。SmFeO3[18]、NdFeO3[19,20]、CeFeO3[21]、ErFeO3[22,23]、TbFeO3[24]、DyFeO3[25,26]等这类稀土正铁氧体的自旋重取向相转变，绝大多数转变的温度相对比较低，而且是Г4（Gx，Ay，Fz）—Г2（Fx，Cy，Gz）的磁相转变。
第1章绪论4图1.3Dy1-xSmxFeO3磁温曲线1.2.3RFeO3的多铁性能多铁性材料是一种在一定温度下铁电、铁磁、铁弹性有序共存并具有磁电弾耦合性质的材料[29,30]。在已发现的多铁性体中，目前关于稀土锰氧化物的研究较多，也最深入[31-33]，有些学者针对稀土铁氧化物进行研究时，发现了多铁性质。对其铁电极化机制进行分析发现，主要是和磁性离子自旋相关的交换伸缩作用存在相关性，即当两个离子是磁性离子自旋方向平行排列时，两个离子相互吸引，从而两个离子之间键长缩短；而当两个离子自旋方向反平行排列，两个离子相互排斥，两个离子之间键长伸长[34]。2008年，Y.Tokunaga在DyFeO3单晶中发现了灵敏巨大的磁电耦合效应[35]。在稀土离子奈尔温度TN以下，在没有外部磁场，或者磁场小于Fe3+临界磁场HrFe，这种状态下Dy3+的自旋排列形式会产生变化，而形成GxAy形式，铁离子的形成AxGyCz形式，在外部磁场超过HrFe时，铁的自旋排列方式转变为GxAyFz。由于Dy3+与铁离子交换伸缩作用而促使其离子偏离了中心位置，原来的对称状态被打破，并据此引发铁电极化。第二年，Y.Tokunaga又在GdFeO3单晶中发现了自发的多铁相[36]。低温下GdFeO3中铁离子自旋GxAyFz，不同于DyFeO3铁离子自旋排列，使得Gd3+可在无外部磁场条件下，偏离对称中心，出现铁电极化现象，进而产生多铁相。2014年，该小组又基于Dy0.7Tb0.3FeO3单晶研究了其磁场诱导电滞回线的偏移效应[37]。磁化强度M会当电场的快速翻转而发生翻转，说明Dy0.7Tb0.3FeO3单晶低温下磁化强度与电极化强度的紧密关联。实验发现磁场诱导的电滞回线的偏移值△E可以通过所加磁场的大小及频率控制。2011年，Lee等[38]人发现室温下SmFeO3在[010]方向存在异常的铁电极化。第一性原理计算结果表明Fe3+自旋的反D-M相互作
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁光效应及其应用[J]. 缪秀平. 科教导刊(上旬刊). 2011(09)
[2]钙钛矿型复合稀土铁氧化物电子结构的第一性原理研究[J]. 邢伯蕾,吴棱,秦改萍,李奕,章永凡,李俊篯. 化学学报. 2007(17)
[3]用于高性能光隔离器的复合稀土铁石榴石ReYbBiIG单晶材料研究[J]. 张溪文,梁军,张守业. 无机材料学报. 2003(04)
本文编号：3411118
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