本文關(guān)鍵詞：單相多鐵性磁電材料的同步輻射研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多鐵性材料可分為單相多鐵性化合物和多鐵性復(fù)合磁電材料。自首次發(fā)現(xiàn)多鐵性材料以來,有十多種不同系列的多鐵性化合物被發(fā)現(xiàn),但單相多鐵性材料的研究在幾十年中一直處在低潮。近十年來,隨著稀土錳氧化物、鐵酸鉍為代表的幾個多鐵性單相材料體系的深入認(rèn)識和了解,形成了一個世界范圍的單相多鐵性材料的研究高潮。但是,由于目前多鐵性材料的鐵電轉(zhuǎn)變溫度和鐵磁轉(zhuǎn)變溫度比較低,或者磁電效應(yīng)很弱,因而還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以符合實際應(yīng)用。探索新型室溫單相多鐵性材料,提高磁電耦合強度,實現(xiàn)可觀的磁電耦合響應(yīng),建立微觀物理機制等,都是亟待解決的關(guān)鍵問題。本篇論文主要討論關(guān)于BiFeO3和’YMnO3這兩個代表性的單相多鐵性材料的離子摻雜改性研究。相比以往關(guān)于BMFeO3和YMnO3這兩個單相多鐵性材料的研究,我們這次的工作將根據(jù)同步輻射X射線吸收譜數(shù)據(jù),從晶格局域結(jié)構(gòu)以及電子雜化軌道方面來解釋離子摻雜所引起的BiFeO3和YMnO3材料的磁電性能的變化。第一,為了研究Fe3+離子代替Mn3+離子位置對YMnO3材料的MnO5三角雙錐結(jié)構(gòu)和磁性的影響,我們利用固相反應(yīng)法合成了YMn1-xAFeAO3 (0≤x≤0.08)系列樣品。通過改變Fe3+離子的摻雜濃度,利用X射線吸收光譜研究了O2p-Mn 3d雜化軌道的電子態(tài)變化。實驗結(jié)果表明Fe3+離子的摻雜并沒有改變YMnO3的晶格結(jié)構(gòu)。但是隨著Fe3+離子的摻雜含量增加,YMnO3材料的磁性顯著增強。摻雜的Fe3+離子緩解了YMnO3中的磁阻挫效應(yīng),并且破壞了YMnO3中Mn3+-Mn3+之間的反鐵磁交換作用,誘導(dǎo)不同磁相互作用的競爭。YMn1-xFexO3(0≤x≤0.08)樣品的O元素的K邊吸收譜和Mn元素的L邊吸收譜證明隨著Fe3+離子的摻雜YMnO3雜化軌道在低能軌道出現(xiàn)了更多的空的電子態(tài),改變了O 2p-Mn 3d雜化軌道。雜化軌道的變化會引起Mn-O化學(xué)鍵和MnO5三角雙錐結(jié)構(gòu)的改變,進而導(dǎo)致O 2p-Mn 3d樣品的磁有序和電極化有序的改變。Fe3+離子的摻雜能夠?qū)Mn1-xFexO3(0≤x≤0.08)電子能帶結(jié)構(gòu)和局域微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,從而引起YMnO3材料的磁性變化。第二,為了研究離子摻雜對BiFeO3材料的影響,我們在BiFeO3材料的A位(Bi3+離子位置)和B位(Fe3+離子位置)進行了離子摻雜。我們采用溶膠凝膠法制備了BiFeO3和Bi0.90La0.10FeO3樣品。BiFeO3的晶格結(jié)構(gòu)沒有因為離子摻雜而改變,仍然為扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。La3+離子摻雜沒有引起B(yǎng)iFeO3的磁性明顯變化,而Mn3+離子摻雜增強了BiFeO3的鐵磁性。Fe元素L邊吸收譜數(shù)據(jù)表明,隨著La3+離子和Mn3+離子的摻雜沒有引起B(yǎng)iFeO3中鐵離子的價態(tài)改變。O元素K邊X射線吸收譜數(shù)據(jù)則表明Mn3+離子的摻雜使得O 2p-Fe 3d的t2g和eg軌道出現(xiàn)了更多的空的電子態(tài),軌道中電子態(tài)的改變說明了O 2p-Fe 3d的雜化也發(fā)生了改變,進而影響了Fe-O-Fe的鍵長和鍵角。如此也會影響B(tài)iFeO3材料中Fe3+離子磁矩的取向,導(dǎo)致反鐵磁序排列被破壞,出現(xiàn)凈磁矩,增強鐵磁性。這種受抑制的螺旋反鐵磁序?qū)е翨iFeO3同時存在空間反演對稱性破缺和時間反演對稱性破缺,能夠誘導(dǎo)出鐵電性相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)和磁性相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)來源于同一結(jié)構(gòu)單元的多鐵性,從而增強BiFeO3材料的磁電耦合效應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：離子摻雜 鐵磁性 磁電耦合效應(yīng) X射線吸收譜
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O482.54
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 磁電效應(yīng)11-12
• 1.2 單相磁電材料的研究進展12-17
• 1.2.1 孤對電子(ns)~2誘導(dǎo)的鐵電性12-15
• 1.2.2 晶格畸變誘導(dǎo)的幾何鐵電性15-17
• 1.3 選題背景及本論文的主要研究內(nèi)容17-19
• 參考文獻(xiàn)19-24
• 第二章 實驗方法以及相關(guān)原理24-30
• 2.1 磁相互作用24-25
• 2.1.1 雙交換作用24
• 2.1.2 超交換作用24-25
• 2.2 X射線衍射分析25
• 2.3 掃描電子顯微鏡25-26
• 2.4 物性測量系統(tǒng)26
• 2.5 X射線吸收實驗原理26-28
• 參考文獻(xiàn)28-30
• 第三章 Fe摻雜對YMnO_3的磁性以及局域結(jié)構(gòu)的影響30-44
• 3.1 單相多鐵性材料YMn_(1-x)Fe_xO_3(0≤x≤0.08)的制備31-32
• 3.2 Fe離子摻雜對YMnO_3晶格結(jié)構(gòu)的影響32-34
• 3.3 Fe離子摻雜對YMnO_3磁性的影響34-36
• 3.4 Fe離子摻雜對YMnO_3的電子態(tài)分布和局域結(jié)構(gòu)的影響36-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 參考文獻(xiàn)41-44
• 第四章 離子摻雜多鐵材料BiFeO_3的同步輻射研究44-54
• 4.1 離子摻雜BiFeO_3系列樣品的制備44-45
• 4.2 離子摻雜對BiFeO_3晶格結(jié)構(gòu)的影響45-46
• 4.3 離子摻雜對BiFeO_3磁性的影響46-48
• 4.4 離子摻雜BiFeO_3系列樣品的X射線吸收譜數(shù)據(jù)分析48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 參考文獻(xiàn)51-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-56
• 5.1 總結(jié)54
• 5.2 展望54-56
• 第六章 攻讀碩士期間發(fā)表的論文以及參加的學(xué)術(shù)會議56-58
• 致謝58

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