【摘要】：多鐵材料在一定的溫度下可以發(fā)生自發(fā)極化和自發(fā)磁化,正是這兩種現(xiàn)象的共同存在,使得這種材料可以引發(fā)磁電耦合效應(yīng)。所謂磁電耦合效應(yīng),指的是該材料的磁性可以通過內(nèi)部施加的電場進(jìn)行控制,電性能又能通過施加外部磁場進(jìn)行轉(zhuǎn)化�，F(xiàn)代科技進(jìn)展迅猛,器件的微型化和多功能化正在經(jīng)歷日新月異的變化,多鐵材料因其優(yōu)越的性能特征越來越受到科學(xué)研究者的關(guān)注和青睞。目前,多鐵材料的研究已經(jīng)有很不錯(cuò)的發(fā)展,業(yè)界也取得了不少卓越的成果,但是絕大多數(shù)的多鐵材料的磁轉(zhuǎn)變溫度還是低于室溫,這一現(xiàn)象大大的限制了多鐵材料在多功能器件中的實(shí)際應(yīng)用。GaFeO3(GFO)是一種在其基態(tài)就可以展現(xiàn)反鐵磁性行為和鐵磁性行為的多鐵材料,眾多的研究工作者將工作集中在如何提高材料的磁相變溫度上。多鐵材料的耦合特性帶來的單一鐵性材料所沒有的物理效應(yīng),大大地?cái)U(kuò)大了鐵酸鎵半導(dǎo)體材料在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用范圍,成為現(xiàn)今和未來的熱門研究領(lǐng)域。本文的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:本文用經(jīng)典的固相法制作了 Ga2-xFexO3 x從0.7到1.3的粉末樣品,系統(tǒng)地研究了其結(jié)構(gòu)特性、光學(xué)特性和磁學(xué)特性。EDS的結(jié)果表明,可以通過調(diào)整氧化鐵粉末含量來獲得GFO粉末中Fe的含量,這對未來器件的設(shè)計(jì)有重要的意義。粉末Fe2O3與Ga2O3混合燒結(jié)制備鐵酸鎵樣品,GaFeO3從相極化看,單向形成在1:1左右。XRD光譜和FULLPROF profile擬合表明,GFO粉末樣品屬于空間群為Pc21n的正交晶系,實(shí)際晶格常數(shù)隨著Fe3+的增加而增大。隨著鐵含量的增加,光帶隙減小,這意味著通過調(diào)整樣品中Fe的含量,可以控制GFO帶隙。與此同時(shí),磁性性能測量表明,GaFeO3是鐵磁體,可以通過增加Fe含量來增強(qiáng)磁性,并且本文中的磁性與以往文獻(xiàn)對比有所提高,這對鐵磁半導(dǎo)體的應(yīng)用至關(guān)重要。通過制備Fe摻雜的Ga2O3樣品(Ga2-xFexO3,x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30),系統(tǒng)地研究了其晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性,并將粉末樣品壓片成型,制成靶材,用磁控濺射技術(shù)制備了不同氧壓和不同摻雜濃度下x=1.0,1.5和2.0的薄膜樣品。測試結(jié)果表明,摻鐵的氧化鎵薄膜的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)會(huì)隨著氧壓和摻雜濃度的改變而改變,表現(xiàn)出擇優(yōu)生長的特性,生長沿著(-2h 0 h)方向。
【圖文】：

逡逑如圖１－１為ＧａＦｅ０３的晶體結(jié)構(gòu)示意圖。氧原子與Ｆｅｌ，邋Ｆｅ２，邋Ｇａ２形成扭曲的八逡逑面體，而Ｇａｌ位置被規(guī)則的氧四面體所包圍［９］。逡逑Ｆ｜ｆｆ逡逑Ｉ％�。卞义希悖蓿海�§ｍ：％逡逑圖１－１邋ＧａＦｅ０３的晶體結(jié)構(gòu)示意圖逡逑鐵酸鎵包含四種不同的原子占位，理論和實(shí)驗(yàn)上均已證實(shí)，四個(gè)不同位置占逡逑位的混亂是誘導(dǎo)磁性的原因之一。傳統(tǒng)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)僅僅具有一般的鐵電性能，逡逑而ＧａＦｅ０３獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)使其與傳統(tǒng)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料明顯區(qū)分開來，成為近逡逑年來備受矚目的多鐵材料。原子占位混亂引起磁性，這一點(diǎn)不僅在理論分析上被逡逑預(yù)測，在實(shí)驗(yàn)上也被發(fā)現(xiàn)和證明。原子位置的混亂引起的磁有序的原因如下：Ｆｅ逡逑原子出現(xiàn)在處于正八面體結(jié)構(gòu)中的Ｇａ的位置上，和位于Ｆｅｌ和Ｆｅ２位置上的逡逑Ｆｅ原子發(fā)生鐵磁耦合

３＾逡逑ａｔｏｍ邋ｖ逡逑圖１－２外加磁場與試驗(yàn)測試的介電常數(shù)的變化值的關(guān)系圖［１５］逡逑Ａｓ為介電常數(shù)在磁相變溫度處的差值，，Ａｓ＝ｓ邋（Ｈ）邋－ｓ邋（０），與磁化強(qiáng)度的平逡逑方（Ｍ２）成正比。Ｎａｉｋ等人用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了鐵酸鎵的介電常數(shù)在相變溫度點(diǎn)處同逡逑樣出現(xiàn)上述的情況，并提出了磁電耦合系數(shù)的汁算公式：逡逑，Ａｓ邋ｓ邋（Ｈ）－ｓ邋（０）逡逑ＭＣ－邐＝邐逡逑８邋（０）邋８邋（０）邋（１－１）逡逑鐵酸鎵材料的磁電耦合效應(yīng)給控制磁場電極化或控制電場磁化提供丫T能逡逑性，這樣也提高了多功能器件設(shè)計(jì)的自由度，必將促進(jìn)光電半導(dǎo)體器件的發(fā)展。逡逑１．２．３邋Ｆｅ２0３和Ｇａ２0３的基本性質(zhì)逡逑氧化鐵，化學(xué)式，Ｆｅ２０３，是一種重要的磁性氧化物，外觀為有金屬光澤的逡逑紅棕色粉末，如圖１－３所示。因?yàn)槠渖珴善G麗，也在工業(yè)上作為常見的染料。氧逡逑化鐵的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不僅在工業(yè)涂料上有廣泛的應(yīng)用，在磁電設(shè)備器件、傳感逡逑器和催化領(lǐng)域也有廣闊的前景＾１８１。逡逑■；邋；■邋：：；；：：ｆ邋Ｖ：；；：．ｖ逡逑圖１－３邋Ｆｅ２０３粉末的外形逡逑氧化鐵有四種不同的晶體結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O484

【參考文獻(xiàn)】

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2 陳可明,張翔九,王迅;反射式高能電子衍射圖樣分析[J];真空科學(xué)與技術(shù);1987年06期

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本文編號：2660647