離子摻雜對鐵酸釔結(jié)構(gòu)和磁性能的影響

發(fā)布時間：2020-10-13 04:47

　　鐵酸釔(YFeO_3)是典型的稀土鈣鈦礦型鐵氧體之一,具有自旋重取向、法拉第旋轉(zhuǎn)等獨(dú)特的磁性能,可應(yīng)用于磁感應(yīng)器、磁光電流傳感器、光轉(zhuǎn)換器等領(lǐng)域,鐵酸釔還具有作為單相多鐵性材料的潛力。YFeO_3的應(yīng)用與其磁性能聯(lián)系緊密,所以人們一直在積極探索YFeO_3的結(jié)構(gòu)和磁性能。目前關(guān)于A位摻雜對YFeO_3結(jié)構(gòu)和磁性能影響的報道并不多,而且在純相的稀土鈣鈦礦型鐵氧體RFeO_3中,其結(jié)構(gòu)和磁性能與FeO_6八面體的傾斜程度以及Fe-O-Fe超交換角度大小相關(guān),并且存在有效離子半徑r(R~(3+))越小,Fe-O-Fe超交換鍵角也逐漸減小這一現(xiàn)象。這暗示改變YFeO_3中Y位置的有效離子半徑大小,也許也能夠改變YFeO_3的磁性能,進(jìn)而起到調(diào)節(jié)磁性能的作用。本文主要采用溶膠凝膠法制備Nd、La、Dy單摻雜YFeO_3樣品以及(Nd,Dy)、(Nd,La)、(Dy,La)和(Er,Nd)共摻Y(jié)FeO_3樣品,通過粉末X射線衍射(XRD)、傅立葉紅外光譜(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能量色散X射線光譜儀(EDX)、綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS)對合成樣品的晶體結(jié)構(gòu)和磁性能進(jìn)行表征和分析,研究摻雜離子半徑和濃度對YFeO_3結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。主要研究結(jié)果如下:1.采用溶膠凝膠法得到了純相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)樣品,在摻雜濃度較高時,仍能保持鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。2.Y_(1-x)Nd_xFeO_3系列樣品具有反鐵磁性和弱鐵磁性,隨著Nd~(3+)濃度增加,飽和磁化強(qiáng)度先減小后增大,剩余磁化強(qiáng)度逐漸減小,矯頑力先增大后減小。Y_(1-x)Nd_xFeO_3系列樣品磁性能變化主要是由于Nd~(3+)取代Y~(3+)引起結(jié)構(gòu)畸變,使得Fe-O-Fe鍵角和Fe-O-Fe超交換作用發(fā)生變化、DM相互作用變化,以及Nd~(3+)自旋帶來的順磁性貢獻(xiàn)、Nd~(3+)-Fe~(3+)相互作用對磁各向異性的影響。3.Y_(1-x)Dy_xFeO_3系列樣品具有反鐵磁性和弱鐵磁性,隨著Dy~(3+)濃度增加,飽和磁化強(qiáng)度逐漸增大,剩余磁化強(qiáng)度呈先減小再增大再減小的趨勢,而矯頑力先減小再增大,并且從x=0.25到x=0.35,矯頑力下降幅度最大。當(dāng)x=0.45時,剩余磁化強(qiáng)度達(dá)到最大,值為1.2063 emu·g~(-1),矯頑力達(dá)到最小,值為129 Oe。當(dāng)x≥0.85時,“束腰”現(xiàn)象消失。這些磁性能變化主要與Dy~(3+)摻入造成的晶格畸變引起Fe-O-Fe超交換作用變化、DM相互作用變化以及Dy~(3+)自旋帶來的順磁性貢獻(xiàn)、Dy~(3+)-Fe~(3+)相互作用有關(guān)。4.隨著Y_(1-x)La_xFeO_3系列樣品中La~(3+)濃度增加,飽和磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度逐漸減小,而矯頑力先增大再減小,并且從x=0.65到x=0.85,矯頑力下降幅度最大。這些磁性能變化主要與La~(3+)摻入造成的晶格畸變引起Fe-O-Fe超交換作用變化、DM相互作用變化有關(guān)。5.隨著Y_(0.5)Er_(0.5-x)Nd_xFeO_3(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)中Nd~(3+)摻雜量的增加,矯頑力逐漸增大,而飽和磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度均降低。Y~(3+)離子被Er~(3+)離子和Nd~(3+)離子所取代引起結(jié)構(gòu)的畸變,導(dǎo)致Fe-O-Fe鍵角減小以及由此導(dǎo)致的Fe-O-Fe超交換效應(yīng)的降低。研究發(fā)現(xiàn)r(R~(3+))與從純相稀土鐵氧體RFeO_3獲得的超交換鍵角之間的關(guān)系可能不適用于摻雜體系。摻雜體系中兩者關(guān)系變得更為復(fù)雜。
【學(xué)位單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ133.23
【部分圖文】：