本文選題：鈣鈦礦結(jié)構(gòu)　切入點(diǎn)：橢圓偏振光譜　出處：《華東師范大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：鐵電氧化物是一類重要的信息功能材料體系,鐵電材料及其應(yīng)用研究已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理、固體電子學(xué)領(lǐng)域最熱門的研究課題之一。其中鈣鈦礦型鐵電材料,特別是多鐵材料鐵酸鉍陶瓷在室溫下同時(shí)具有鐵電性(TC=830℃)和反鐵磁性(TN=370℃),具有良好的磁電耦合、很大的剩余極化和光生伏特效應(yīng)。可以應(yīng)用在新型的自旋電子和光電子器件中。鈮酸鉀鈉基的無鉛壓電材料被認(rèn)為是有希望替代含鉛壓電材料的候選材料之一,因?yàn)殁壦徕涒c有相對(duì)強(qiáng)的壓電性能,良好的鐵電性和較高的居里溫度TC=693K�？梢詰�(yīng)用在制動(dòng)器、超聲換能器和傳感器等電子元器件中。而上述這些相關(guān)功能器件的研發(fā)與該特征材料體系的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和物理特性息息相關(guān)。物理特性,比如相變,傳統(tǒng)的的相變物理機(jī)制大多是基于X射線衍射微觀結(jié)構(gòu)表征和介電頻譜,晶格振動(dòng)和電子躍遷等光學(xué)信息是缺失的。材料的光學(xué)性質(zhì)在理解材料的電子結(jié)構(gòu)和物理特性中起到重要作用。新型的凝聚態(tài)光譜學(xué)手段是非破壞性、非接觸的和對(duì)相變敏感的探測(cè)技術(shù)。通過對(duì)光譜的分析,可以獲得材料的復(fù)介電函數(shù),晶格振動(dòng),電子能帶結(jié)構(gòu)以及電子躍遷等重要的光學(xué)信息。當(dāng)材料處于變溫條件下,材料會(huì)發(fā)生相變,通過變溫光譜可以研究聲子模式和帶間躍遷在相變中的演化規(guī)律,從而研究材料的相變物理機(jī)制,為研究鐵電材料的相變和物理特性開辟了嶄新而有效的途徑。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾點(diǎn):1.采用變溫橢圓偏振光譜研究了 Bii-xLaxFe1-yTiyO3(0.02≤x≤0.10,0.01≤y≤0.06)陶瓷復(fù)介電函數(shù)的溫度依賴關(guān)系。通過橢偏光譜的擬合,觀察到四個(gè)帶間躍遷,且躍遷能量隨溫度的升高而出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。研究結(jié)果表明奈爾溫度隨著鑭和鈦摻雜組分的增加而變小。在-70～450℃溫度范圍內(nèi),通過橢圓偏振光譜研究了不同組分的Bi1-xLaxFe1-yTiy03(BLFTO)陶瓷(0.02≤x≤0.10,0.01≤y≤0.06)的光學(xué)性質(zhì)和相變。研究發(fā)現(xiàn)復(fù)介電函數(shù)的實(shí)部ε1隨著溫度的升高而變大。與此同時(shí),復(fù)介電函數(shù)的虛部ε2的低能端則隨著溫度的升高而減小,高能端隨溫度升高的變化趨勢(shì)與低能端相反。我們計(jì)算了復(fù)介電函數(shù)的二階導(dǎo),通過標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵點(diǎn)模型做線性分析,得到四個(gè)帶間躍遷,分別是Ea 2.50 eV,Eb～2.70 eV,Ec～3.60 eV,Ed～4.25 eV。隨著 La 和 Ti 組份的增加,關(guān)鍵點(diǎn)躍遷變寬且向低能端移動(dòng)。此外,在溫度低于320℃時(shí),由于晶格熱膨脹和電子-聲子相互作用,關(guān)鍵點(diǎn)躍遷能量呈現(xiàn)紅移的趨勢(shì)。由于多鐵性材料BLFTO磁學(xué)和電學(xué)序參數(shù)的耦合,在反鐵磁相變附近,典型帶間躍遷和局部光譜權(quán)重出現(xiàn)異常。研究結(jié)果表明隨著La和Ti組份的增加,BLFTO陶瓷的奈爾溫度從364℃降至349℃。這些現(xiàn)象可以歸因于電子結(jié)構(gòu)和磁序的改變,因?yàn)锽i和La,Fe和Ti它們的電負(fù)性和離子半徑的差異使得陰離子和陽離子之間的鍵長和鍵角發(fā)生了變化。此外,非磁性的Ti4+離子取代有磁性的Fe3+離子可以減弱相鄰磁矩間的相互作用。因此,橢偏技術(shù)對(duì)多鐵性材料的相變是非常敏感的,可以作為探測(cè)多鐵性材料相變的新技術(shù)。2.使用拉曼散射光譜研究了Bi1-xLaxFe1-yTiyO3(0.02≤x≤0.12,0.01≤y≤0.08)陶瓷的晶格振動(dòng)隨溫度的變化關(guān)系。通過拉曼光譜的分析,觀察到四個(gè)相變。鑭和鈦的共摻雜使陶瓷的結(jié)構(gòu)從菱方相轉(zhuǎn)變?yōu)檎幌?而且使相變溫度降低。通過使用拉曼散射光譜在80-680 K的溫度范圍內(nèi)對(duì)Bi1-xLaxFe1-yTiyO3(BLFTO,0.02≤x≤0.12,0.01≤y≤0.08)陶瓷的光學(xué)聲子和相變進(jìn)行了研究。通過變溫拉曼光譜,可以觀察到在140,205,570和640 K附近共有四個(gè)相變。由于存在強(qiáng)的磁子-聲子耦合,拉曼聲子模式對(duì)140和205 K附近磁序的自旋重新定向敏感。570 K附近的相變是從菱面體到正交相的結(jié)構(gòu)相變,這是化學(xué)取代引起的外部壓力導(dǎo)致的。在奈爾溫度TN附近,聲子頻率的變化異常是有多鐵材料的多鐵性引起的。此外,研究結(jié)果表明BLFTO陶瓷的結(jié)構(gòu)相變溫度和TN隨著摻雜組分的增加而降低,這是因?yàn)閾诫s離子和主體陽離子之間的不匹配引起的。3.采用拉曼光譜研究 0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05LiNbO3-yMnO2(y = 0%和 1.0%)壓電單晶的晶格振動(dòng)在不同溫度下的演變規(guī)律。在正交相和四方相之間存在多晶相變。位移性機(jī)制(軟模)和有序-無序機(jī)制(馳豫模式)的競(jìng)爭可以解釋正交-四方-立方相連續(xù)相變的起源。在 80-800K 的溫度范圍內(nèi),對(duì) 0.95(K0.5Na0.5)Nb03-0.05LiNb03-yMnO2(y =0%和1.0%)壓電單晶的拉曼散射光譜進(jìn)行了研究。從拉曼光譜可以看出,壓電單晶的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了菱方相-正交相-四方相-立方相的一系列相變。隨著溫度升高在幾個(gè)結(jié)構(gòu)相界軟模和馳豫模式之間存在著競(jìng)爭。位移性機(jī)制(軟模)和有序-無序機(jī)制(馳豫模式)的沖突排斥的漸進(jìn)變化可以解釋正交-四方-立方相連續(xù)相變的起源。此外,正交和四方相結(jié)構(gòu)之間的多晶相變可以通過觀察Mn02摻雜的0.95(K0.5Na0.5)Nb03-0.05LiNbO3單晶的熱致相界來證實(shí)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM221

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1722687