【摘要】：多鐵材料由于同時(shí)具有鐵磁性(或反鐵磁性)和鐵電性而得到廣泛的關(guān)注,通過(guò)磁電耦合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)這兩種鐵性之間的相互調(diào)控,從而可以應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,特別是自旋電子學(xué)。由于F元素比O元素具有更高的電負(fù)性,含有3d過(guò)渡金屬的多鐵氟化物更有可能打破鈣鈦礦氧化物中鐵磁和鐵電共存的限制,實(shí)現(xiàn)單相多鐵性。氟化物BaMF_4(M=Mn,Ni,Co,Fe等)是典型的多鐵材料,具有室溫鐵電性,居里溫度很高的優(yōu)點(diǎn),但Ba MF_4一般為反鐵磁的,并且奈爾溫度極低,很難得到實(shí)際應(yīng)用。我們制備了幾種純相Ba MF_4氟化物,將BaNiF_4制備成外延薄膜并研究了其磁性與鐵電性,制備了BaCoF_4和BaNiF_4等比例混合的純相固溶體并研究了其磁性。具體工作以及主要結(jié)論如下:(1)用脈沖激光沉積技術(shù)(PLD)在(0001)晶面取向的Al_2O_3襯底上外延生長(zhǎng)了BaNiF_4薄膜,經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)衍射證實(shí)薄膜只具有(040),(080),(0120)晶面方向的譜峰,證明了薄膜的外延生長(zhǎng)。通過(guò)壓電力顯微鏡(PFM)的測(cè)量,薄膜中存在振幅和位相的回線(xiàn),這是薄膜鐵電性的表現(xiàn)。溫度在10K以下可以明顯的觀(guān)察到蜂腰形的磁滯回線(xiàn),這歸因于其反鐵磁機(jī)構(gòu)上,相鄰自旋微弱形成的凈磁矩反平行排列導(dǎo)致的弱反鐵磁性的磁結(jié)構(gòu)。在高于室溫時(shí)仍然可以看到弱的鐵磁性,這是由于外延生長(zhǎng)中襯底和薄膜晶格常數(shù)的失配引入的應(yīng)力導(dǎo)致的。(2)純相的固體材料BaCoF_4和BaNiF_4按照1:1的比例用固相反應(yīng)的方法制備了BaCo_(0.5)Ni_(0.5)F_4,并用X射線(xiàn)衍射的方法確定其為純相。隨著溫度低至5K,磁滯回線(xiàn)仍為線(xiàn)性曲線(xiàn),這表明樣品為反鐵磁性。對(duì)比BaCoF_4和BaNiF_4,沒(méi)有觀(guān)察到明顯的磁性增強(qiáng),這說(shuō)明樣品中Co和Ni元素的隨機(jī)分布,沒(méi)有形成亞鐵磁性。測(cè)量了零場(chǎng)冷卻(ZFC)和場(chǎng)冷卻(FC)的磁矩-溫度(M-T)曲線(xiàn),溫度的降低使得零場(chǎng)冷曲線(xiàn)與場(chǎng)冷曲線(xiàn)在溫度為118 K時(shí)分離,此時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)二維反鐵磁結(jié)構(gòu),當(dāng)溫度降到87 K時(shí)磁矩最大,這歸因于二維反鐵磁結(jié)構(gòu)的團(tuán)簇,之后磁性劇烈的降低是因?yàn)槿S反鐵磁結(jié)構(gòu)開(kāi)始出現(xiàn)。在場(chǎng)冷卻的曲線(xiàn)中,當(dāng)溫度降至40 K時(shí)磁矩有個(gè)小的增加,這歸因于三維反鐵磁結(jié)構(gòu)的團(tuán)簇,而9 K時(shí)磁矩劇烈增加是因?yàn)闃悠分写嬖谖吹窒墓铝⒆孕�。溫度低�?0 K時(shí),在樣品中可以觀(guān)察到明顯的交換偏置,通過(guò)交流磁化強(qiáng)度的測(cè)量排除了表面自旋玻璃態(tài)的貢獻(xiàn),其機(jī)制被歸因于兩個(gè)反鐵磁相之間的交換耦合作用。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O482.5;O614.811
【圖文】：

(ferrimagnetism)[3]。本文討論的多鐵性包括鐵磁性，反鐵磁性和鐵電性。鐵電性是指具有自發(fā)電極化，且自發(fā)極化的方向有兩個(gè)或多個(gè)，在電場(chǎng)的作用下其取向會(huì)改變的特性。鐵電體晶胞的原子構(gòu)型使得正負(fù)電子重心沿著某個(gè)方向位移，導(dǎo)致電偶極矩，形成電極化。因?yàn)樵拥臉?gòu)型是溫度的函數(shù)，所以電極化的狀態(tài)也會(huì)隨溫度的變化而變化，這種性質(zhì)稱(chēng)之為熱電性(pyroelectricity)[4]，這是所有具有電偶極矩的材料的通性。鐵電體中，由于兩端正負(fù)的束縛電荷在晶體內(nèi)部形成退極化場(chǎng)，導(dǎo)致靜電能的增加。而且極化導(dǎo)致的應(yīng)變使得晶體內(nèi)部的應(yīng)變能增加，所以均勻極化的狀態(tài)是不穩(wěn)定的，為了降低能量，晶體會(huì)分成若干個(gè)小的區(qū)域，每個(gè)小的區(qū)域電極化方向相同，稱(chēng)之為電疇。電疇的出現(xiàn)使得退極化場(chǎng)形成的靜電能和機(jī)械約束的應(yīng)變能降低，疇壁之間的相互作用會(huì)形成疇壁能。鐵電體的極化隨著電場(chǎng)的變化而變化，形成電滯回線(xiàn)。電滯回線(xiàn)過(guò)程伴隨有新疇的成核長(zhǎng)大，疇壁的移動(dòng)等。當(dāng)鐵電體完全極化外加電場(chǎng)將為零時(shí)，鐵電體會(huì)有一個(gè)剩余極化。使得鐵電體重新回歸為零極化的狀態(tài)需要一個(gè)反向的電場(chǎng)，場(chǎng)的大小稱(chēng)之為矯頑場(chǎng) Ec。在鐵電體中，鐵電性只存在于一定的溫度范圍，當(dāng)高于某個(gè)溫度時(shí)，鐵電體會(huì)變?yōu)轫橂婓w(paraelectrics)，這一相轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)為居里溫度 Tc[5]。圖 1-給出了上面提到的三種狀態(tài)的極化與電場(chǎng)的變化關(guān)系示意圖。

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文作用下趨向于同一方向，磁化過(guò)程與電極化過(guò)程類(lèi)似，具有磁滯回線(xiàn)，都運(yùn)動(dòng)與長(zhǎng)大，只不過(guò)鐵磁體的疇是磁疇[6]。鐵電體和鐵磁體的不同之處在磁矩的來(lái)源不同，電偶極矩來(lái)源于晶胞中正負(fù)電荷中心不重合，而磁矩來(lái)原子的外層電子，如果外層電子是成對(duì)出現(xiàn)的，根泡利不相容原理，其磁的，原子不表現(xiàn)出磁矩，而如果原子的外層電子是未滿(mǎn)的，原子就表現(xiàn)出矩的不同排列方式可以將磁性材料分為四種，如圖 1-2 所示(1agnetism，PM)；(2)鐵磁性(ferromagnetism，F(xiàn)M)；(3)反鐵磁性(antiferroma(4)亞鐵磁性(ferrimagnetism，F(xiàn)IM)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王克鋒;劉俊明;王雨;;單相多鐵性材料——極化和磁性序參量的耦合與調(diào)控[J];科學(xué)通報(bào);2008年10期

本文編號(hào)：2729801