离子掺杂对铁酸钇结构和磁性能的影响

发布时间：2020-10-13 04:47

　　 铁酸钇(YFeO_3)是典型的稀土钙钛矿型铁氧体之一,具有自旋重取向、法拉第旋转等独特的磁性能,可应用于磁感应器、磁光电流传感器、光转换器等领域,铁酸钇还具有作为单相多铁性材料的潜力。YFeO_3的应用与其磁性能联系紧密,所以人们一直在积极探索YFeO_3的结构和磁性能。目前关于A位掺杂对YFeO_3结构和磁性能影响的报道并不多,而且在纯相的稀土钙钛矿型铁氧体RFeO_3中,其结构和磁性能与FeO_6八面体的倾斜程度以及Fe-O-Fe超交换角度大小相关,并且存在有效离子半径r(R~(3+))越小,Fe-O-Fe超交换键角也逐渐减小这一现象。这暗示改变YFeO_3中Y位置的有效离子半径大小,也许也能够改变YFeO_3的磁性能,进而起到调节磁性能的作用。本文主要采用溶胶凝胶法制备Nd、La、Dy单掺杂YFeO_3样品以及(Nd,Dy)、(Nd,La)、(Dy,La)和(Er,Nd)共掺YFeO_3样品,通过粉末X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、综合物性测量系统(PPMS)对合成样品的晶体结构和磁性能进行表征和分析,研究掺杂离子半径和浓度对YFeO_3结构和磁性能的影响。主要研究结果如下:1.采用溶胶凝胶法得到了纯相Y_(1-x)Nd_xFeO_3(x=0.1,0.2,0.3,0.5,0.7,0.9,1)、Y_(1-x)Dy_xFeO_3(x=0.05,0.1,0.15,0.25,0.35,0.45,0.65,0.85,1)、Y_(1-x)La_x FeO_3(x=0,0.05,0.1,0.15,0.25,0.35,0.45,0.65,0.85,1)、Y_(0.5)Er_(0.5-x)Nd_xFeO_3(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)样品,在掺杂浓度较高时,仍能保持钙钛矿结构。2.Y_(1-x)Nd_xFeO_3系列样品具有反铁磁性和弱铁磁性,随着Nd~(3+)浓度增加,饱和磁化强度先减小后增大,剩余磁化强度逐渐减小,矫顽力先增大后减小。Y_(1-x)Nd_xFeO_3系列样品磁性能变化主要是由于Nd~(3+)取代Y~(3+)引起结构畸变,使得Fe-O-Fe键角和Fe-O-Fe超交换作用发生变化、DM相互作用变化,以及Nd~(3+)自旋带来的顺磁性贡献、Nd~(3+)-Fe~(3+)相互作用对磁各向异性的影响。3.Y_(1-x)Dy_xFeO_3系列样品具有反铁磁性和弱铁磁性,随着Dy~(3+)浓度增加,饱和磁化强度逐渐增大,剩余磁化强度呈先减小再增大再减小的趋势,而矫顽力先减小再增大,并且从x=0.25到x=0.35,矫顽力下降幅度最大。当x=0.45时,剩余磁化强度达到最大,值为1.2063 emu·g~(-1),矫顽力达到最小,值为129 Oe。当x≥0.85时,“束腰”现象消失。这些磁性能变化主要与Dy~(3+)掺入造成的晶格畸变引起Fe-O-Fe超交换作用变化、DM相互作用变化以及Dy~(3+)自旋带来的顺磁性贡献、Dy~(3+)-Fe~(3+)相互作用有关。4.随着Y_(1-x)La_xFeO_3系列样品中La~(3+)浓度增加,饱和磁化强度和剩余磁化强度逐渐减小,而矫顽力先增大再减小,并且从x=0.65到x=0.85,矫顽力下降幅度最大。这些磁性能变化主要与La~(3+)掺入造成的晶格畸变引起Fe-O-Fe超交换作用变化、DM相互作用变化有关。5.随着Y_(0.5)Er_(0.5-x)Nd_xFeO_3(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)中Nd~(3+)掺杂量的增加,矫顽力逐渐增大,而饱和磁化强度和剩余磁化强度均降低。Y~(3+)离子被Er~(3+)离子和Nd~(3+)离子所取代引起结构的畸变,导致Fe-O-Fe键角减小以及由此导致的Fe-O-Fe超交换效应的降低。研究发现r(R~(3+))与从纯相稀土铁氧体RFeO_3获得的超交换键角之间的关系可能不适用于掺杂体系。掺杂体系中两者关系变得更为复杂。
【学位单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ133.23
【部分图文】：

图1.1两种表达形式的理想钙钛矿ABO3结构示意图

四种磁性的磁矩排列示意图

顺磁性材料的M-H曲线
【参考文献】

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1 葛秀涛,冯剑,侯长平,李永红,倪受春,刘杏芹;YFe_(1-y)Co_yO_3半导体气敏材料的制备和性能研究[J];无机材料学报;2002年03期

本文编号：2838750