【摘要】：多鐵材料通常指同時具有鐵電性能和鐵磁性能的材料。近年來,由于多鐵材料具有的特殊物理性質(zhì)以及潛在的應(yīng)用價值,使其受到了越來越多的關(guān)注,成為了材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。目前,有關(guān)多鐵材料實驗方面和理論方面的工作都在不斷發(fā)展中,其中關(guān)于多鐵材料磁性起源、磁電效應(yīng)、鐵電起源等的理論解釋不斷涌現(xiàn),這些理論工作在一定程度上又指導(dǎo)了實驗工作,使人們發(fā)現(xiàn)了更多種類的多鐵材料。實驗和理論研究的配合使人們對多鐵材料的認(rèn)識越來越清晰,但發(fā)展室溫多鐵材料還有大量的問題有待研究解決。例如材料中磁性來源是什么,磁電耦合機制是什么等等。大量的實驗和理論工作表明,空位缺陷和元素?fù)诫s能導(dǎo)致半導(dǎo)體具有磁性,那么在多鐵材料中,微觀缺陷是否會對鐵磁性產(chǎn)生影響?其作用機制是什么?這個問題的解決對提高多鐵材料的性能具有重要的意義。正電子湮沒譜學(xué)是一門將核探測技術(shù)應(yīng)用于固體物理與材料領(lǐng)域的學(xué)科,包括正電子實驗探測技術(shù)和正電子理論計算兩大部分。正電子湮沒技術(shù)對材料原子尺度的缺陷非常敏感,可以提供缺陷尺寸、缺陷類型、缺陷濃度以及缺陷隨深度分布的信息,在探究材料缺陷方面具有不可替代性。本論文采用正電子實驗探測與正電子理論計算相結(jié)合的手段,對包括“明星”多鐵材料BiFe03、鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物以及納米材料SrTiO3等在內(nèi)的幾種典型的多鐵材料進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,探討了材料微觀缺陷與宏觀性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。取得的主要研究成果有:1.利用正電子湮沒壽命技術(shù)和符合多普勒展寬技術(shù),配合正電子壽命理論計算,對La摻雜的BiFe03材料中的缺陷進(jìn)行了系統(tǒng)探究。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合XRD測試、拉曼測試以及磁性測試結(jié)果,對材料內(nèi)部鐵磁性能的起源進(jìn)行了分析。實驗結(jié)果表明:(a)在不同La摻雜濃度的樣品Bi1-xLaxFeO3中,發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻雜濃度x0.20時,Bi單空位逐漸消失,大孔洞的空位團(tuán)簇出現(xiàn),與此同時,剩余磁化強度也隨之增大,表明陽離子空位型缺陷會對材料磁性產(chǎn)生影響。(b)在不同煅燒條件下得到的Bi0.7La0.3FeO3樣品中,發(fā)現(xiàn)同時采用相對較高的鍛燒溫度和較長的煅燒時間對材料進(jìn)行處理時,Bi0.7La0.3FeO3的磁性能才出現(xiàn)了明顯的改變,此時樣品中的缺陷濃度是相對最高的,且缺陷類型以雙空位或三空位等復(fù)合空位缺陷為主。這說明經(jīng)過充分煅燒后,樣品內(nèi)部晶粒會發(fā)育完全,使得大量微孔洞消失,小尺寸復(fù)合空位缺陷濃度增加,有利于增強室溫鐵磁性能。(c)在探究Fe空位對Bi0.7La0.3FeO3樣品鐵磁性能的影響中,我們嘗試通過減少Fe元素含量的方式來獲取Fe空位的變化。結(jié)果表明Fe空位確實會對室溫下的鐵磁性能產(chǎn)生影響。2.利用正電子湮沒壽命譜儀和符合多普勒展寬譜儀研究了鉍層狀結(jié)構(gòu)氧化物中缺陷的變化,結(jié)合XRD、SEM測量結(jié)果以及磁性測量結(jié)果,探討了缺陷對其室溫鐵磁性能的影響。(a)在對Bi7Fe2.75Co0.25Ti3021材料的界面缺陷和鐵磁性分析工作中,發(fā)現(xiàn)飽和磁化強度的變化趨勢與界面缺陷消失的過程是一致的。界面缺陷會對此材料的鐵磁性能產(chǎn)生影響,缺陷濃度的減小會導(dǎo)致飽和磁化強度降低。(b)對Bi7Fe2.9Co0.1Ti3O21材料進(jìn)行A位鉺元素?fù)诫s,發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷濃度和缺陷類型均發(fā)生了變化,材料內(nèi)部缺陷濃度的變化趨勢與飽和磁化強度的變化并不一致,表明缺陷對材料磁性能的作用,不僅與缺陷濃度有關(guān),與缺陷的類型也有很大關(guān)系。3.利用正電子湮沒壽命譜儀和正電子理論計算,結(jié)合XRD、SEM以及磁性測試對納米材料SrTi03的磁性起源進(jìn)行了探究。實驗結(jié)果顯示當(dāng)材料內(nèi)部缺陷大量減少時磁性消失,表明室溫鐵磁性的產(chǎn)生與缺陷有很大關(guān)系。并且在進(jìn)一步的探究中我們發(fā)現(xiàn),消失的缺陷中,占主要成分的是Ti空位缺陷,由此可知Ti空位缺陷對SrTi03材料內(nèi)部的磁性起源起著重要作用。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM271
【圖文】：

ｊ邋Ｊ逡逑＼邋ｒ逡逑圖１．１磁滯／電滯回線示意圖ｆｌ３Ｊ逡逑美逡逑圖１．２電極化（戶）、磁極化（Ｍ）和應(yīng)變（￡）相互間耦合關(guān)系示意圖［１５］逡逑從定義上看，如由鐵磁性和鐵彈性構(gòu)成的壓電材料，即可被稱為多鐵材料。逡逑然而，一般情況下鐵彈性的存在意味著鐵電性的存在，所以從目前發(fā)展情況來逡逑看，多鐵材料主要還是指鐵磁性和鐵電性共存的材料，即磁電材料。在現(xiàn)代科逡逑學(xué)技術(shù)中，無論是鐵電材料還是鐵磁材料，都在應(yīng)用領(lǐng)域中各自起著至關(guān)重要逡逑的作用。而磁電材料不但同時具有鐵磁性和鐵電性的性質(zhì)，并且還具有磁電耦逡逑合產(chǎn)生的磁電效應(yīng)，這可以被運用到設(shè)計新型電磁器件中以提供新功能逡逑２逡逑

圖１．１磁滯／電滯回線示意圖ｆｌ３Ｊ逡逑美逡逑圖１．２電極化（戶）、磁極化（Ｍ）和應(yīng)變（￡）相互間耦合關(guān)系示意圖［１５］逡逑從定義上看，如由鐵磁性和鐵彈性構(gòu)成的壓電材料，即可被稱為多鐵材料。逡逑然而，一般情況下鐵彈性的存在意味著鐵電性的存在，所以從目前發(fā)展情況來逡逑看，多鐵材料主要還是指鐵磁性和鐵電性共存的材料，即磁電材料。在現(xiàn)代科逡逑學(xué)技術(shù)中，無論是鐵電材料還是鐵磁材料，都在應(yīng)用領(lǐng)域中各自起著至關(guān)重要逡逑的作用。而磁電材料不但同時具有鐵磁性和鐵電性的性質(zhì)，并且還具有磁電耦逡逑合產(chǎn)生的磁電效應(yīng)，這可以被運用到設(shè)計新型電磁器件中以提供新功能逡逑２逡逑

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本文編號：2740701