近年來,由于在正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)稀土正鐵氧體RFeO₃中激光誘導(dǎo)超快自旋重取向,多鐵及低溫強磁電耦合效應(yīng)的發(fā)現(xiàn),使凝聚態(tài)研究領(lǐng)域?qū)@種材料愈發(fā)廣泛關(guān)注,成為此方面的研究重點。不過受到RFeO₃晶體熔點高等因素的影響,RFeO₃單晶質(zhì)量不高問題一直存在,這對其進一步應(yīng)用產(chǎn)生不良影響。通過適當(dāng)?shù)膿诫s可調(diào)節(jié)鈣鈦礦性能,這也是此方面的研究熱點。本論文選取ErFeO₃,Gd_0.4Er_0.6FeO₃和Dy0.4Er0.6Fe O3晶體作為研究對象,以高純氧化物粉體為原料,采用光學(xué)浮區(qū)法生長單晶,對其制備工藝、多鐵性能以及磁性能展開研究。通過大量的晶體生長實驗,確定了穩(wěn)定生長的工藝條件,得到了高質(zhì)量的單晶。通過物相結(jié)構(gòu)分析單晶的質(zhì)量,并定向切割得到a、b、c三個方向晶片。通過多鐵性測試ErFeO₃,Gd_0.4Er_0.6FeO₃和Dy0.4Er_0.6

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

RFeO3的晶體結(jié)構(gòu)

第1章緒論3大多數(shù)的自旋重取向轉(zhuǎn)變都是伴隨著溫度的下降，并且由Г4（Gx，Ay，F(xiàn)z）變成Г2（Fx，Cy，Gz）。高溫時RFeO3中的Fe3+離子自旋排列方式Г4（Gx，Ay，F(xiàn)z），F(xiàn)e3+離子自旋在c方向有個很小的傾角，從而在c方向存在凈磁矩F。圖1.2Dy0.5Pr0.5FeO3自旋重取向轉(zhuǎn)變上海大學(xué)吳海龍等人[16]發(fā)現(xiàn)復(fù)合正鐵氧體Dy0.5Pr0.5FeO3存在兩個自旋重取向相轉(zhuǎn)變Г4（Gx，Ay，F(xiàn)z）—Г1（Ax，Gy，Cz）—Г2（Fx，Cy，Gz），如圖1.2所示。對樣品進行場冷卻磁化強度測試時發(fā)現(xiàn)：當(dāng)外加磁場為100Oe時可觀測到兩個自旋重取向相轉(zhuǎn)變，而當(dāng)外加磁場達到500Oe時只觀測到一個自旋重取向相轉(zhuǎn)變Г4（Gx，Ay，F(xiàn)z）—Г2（Fx，Cy，Gz），并且外加磁場改變了自旋重取向相轉(zhuǎn)變溫度。趙偉堯等[17]系統(tǒng)研究了Dy1-xSmxFeO3（DSFO）正鐵氧體的自旋重取向相轉(zhuǎn)變，如圖1.4所示。DSFO的自旋重取向溫度隨著Sm的含量的增加而線性增加。研究發(fā)現(xiàn)RFeO3中Fe3+-R3+磁交換作用強度對其自旋重取向相轉(zhuǎn)變溫度產(chǎn)生直接影響，SmFeO3自旋重取向相轉(zhuǎn)變溫度明顯高于其他鐵氧體，其原因在于這種材料的Fe3+-R3+磁交換作用更強大。DSFO的這種取向轉(zhuǎn)變溫度取值和稀土Dy加入比表現(xiàn)出負相關(guān)關(guān)系，就是因為稀士Dy的摻入減小了DSFO的Fe3+-R3+磁交換作用。SmFeO3[18]、NdFeO3[19,20]、CeFeO3[21]、ErFeO3[22,23]、TbFeO3[24]、DyFeO3[25,26]等這類稀土正鐵氧體的自旋重取向相轉(zhuǎn)變，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)變的溫度相對比較低，而且是Г4（Gx，Ay，F(xiàn)z）—Г2（Fx，Cy，Gz）的磁相轉(zhuǎn)變。

第1章緒論4圖1.3Dy1-xSmxFeO3磁溫曲線1.2.3RFeO3的多鐵性能多鐵性材料是一種在一定溫度下鐵電、鐵磁、鐵彈性有序共存并具有磁電弾耦合性質(zhì)的材料[29,30]。在已發(fā)現(xiàn)的多鐵性體中，目前關(guān)于稀土錳氧化物的研究較多，也最深入[31-33]，有些學(xué)者針對稀土鐵氧化物進行研究時，發(fā)現(xiàn)了多鐵性質(zhì)。對其鐵電極化機制進行分析發(fā)現(xiàn)，主要是和磁性離子自旋相關(guān)的交換伸縮作用存在相關(guān)性，即當(dāng)兩個離子是磁性離子自旋方向平行排列時，兩個離子相互吸引，從而兩個離子之間鍵長縮短；而當(dāng)兩個離子自旋方向反平行排列，兩個離子相互排斥，兩個離子之間鍵長伸長[34]。2008年，Y.Tokunaga在DyFeO3單晶中發(fā)現(xiàn)了靈敏巨大的磁電耦合效應(yīng)[35]。在稀土離子奈爾溫度TN以下，在沒有外部磁場，或者磁場小于Fe3+臨界磁場HrFe，這種狀態(tài)下Dy3+的自旋排列形式會產(chǎn)生變化，而形成GxAy形式，鐵離子的形成AxGyCz形式，在外部磁場超過HrFe時，鐵的自旋排列方式轉(zhuǎn)變?yōu)镚xAyFz。由于Dy3+與鐵離子交換伸縮作用而促使其離子偏離了中心位置，原來的對稱狀態(tài)被打破，并據(jù)此引發(fā)鐵電極化。第二年，Y.Tokunaga又在GdFeO3單晶中發(fā)現(xiàn)了自發(fā)的多鐵相[36]。低溫下GdFeO3中鐵離子自旋GxAyFz，不同于DyFeO3鐵離子自旋排列，使得Gd3+可在無外部磁場條件下，偏離對稱中心，出現(xiàn)鐵電極化現(xiàn)象，進而產(chǎn)生多鐵相。2014年，該小組又基于Dy0.7Tb0.3FeO3單晶研究了其磁場誘導(dǎo)電滯回線的偏移效應(yīng)[37]。磁化強度M會當(dāng)電場的快速翻轉(zhuǎn)而發(fā)生翻轉(zhuǎn)，說明Dy0.7Tb0.3FeO3單晶低溫下磁化強度與電極化強度的緊密關(guān)聯(lián)。實驗發(fā)現(xiàn)磁場誘導(dǎo)的電滯回線的偏移值△E可以通過所加磁場的大小及頻率控制。2011年，Lee等[38]人發(fā)現(xiàn)室溫下SmFeO3在[010]方向存在異常的鐵電極化。第一性原理計算結(jié)果表明Fe3+自旋的反D-M相互作

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3411118