本文選題：稀土鐵氧化物 + 單晶生長��； 參考：《上海大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：同時具有鐵電性、鐵磁性的多鐵性材料在新型信息存儲器件以及多功能磁電器件等方面具有巨大潛在應(yīng)用前景,近年來已成為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)的研究熱門領(lǐng)域之一。鐵電序和鐵磁序的共存為二者之間的耦合相互作用提供了可能,即鐵電有序產(chǎn)生的內(nèi)電場可以導(dǎo)致電子自旋重新分布而改變系統(tǒng)的磁性質(zhì),反之,自旋有序漲落通過磁致伸縮或可能的電-聲子相互作用導(dǎo)致鐵電弛豫和介電異常。實驗上觀察到介電常數(shù)在磁相變溫度處的突變異常成為本征磁電耦合存在的標志,并且進一步發(fā)現(xiàn),在外加磁場的作用下,介電常數(shù)會發(fā)生明顯的變化。正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的稀土鐵氧化物RFeO3(R為稀土元素)所表現(xiàn)出來的豐富的磁特性一直是研究的熱點之一,最近又發(fā)現(xiàn)了超快光磁效應(yīng)以及多鐵性等性能,并且這些新的性能和磁相變具有密切的關(guān)系,所以研究RFeO_3中磁相變附近的自旋序的變化和誘因?qū)τ谔剿鞫噼F性的物理機制具有重要的意義。六角鐵氧體材料中近年來發(fā)現(xiàn)的磁電耦合效應(yīng)使得對這類材料的研究成為一個新的研究熱點之一,因為其中的磁電耦合效應(yīng)的發(fā)生溫度較高有些甚至接近室溫,在實際應(yīng)用方面具有潛在的優(yōu)勢。所以本文選取HoFeO_3、Ho_(0.5)Pr_(0.5)FeO_3和Y型六角鐵氧體Ba_(2-x)Sr_xCo_2Fe_(12-y)AlyO_(22)作為研究對象,通過元素摻雜來研究材料中的磁相變、奇異磁特性及磁電耦合效應(yīng)等特性。全文共分為六章:第一章,概述了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)RFeO_3的晶格結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu),自旋重取向相變,以及其中的多鐵性的發(fā)展概況。介紹了Y型六角鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu),磁場誘導(dǎo)的電極化效應(yīng)的發(fā)展概況和研究現(xiàn)狀。第二章,主要敘述了本論文中所涉及到的實驗樣品的制備、表征和物性測試方法以及所使用到的實驗設(shè)備。其中包括固相反應(yīng)法合成多晶樣品的方法,光學(xué)浮區(qū)法生長單晶的方法,以及實驗設(shè)備的使用方法和工作原理。實驗設(shè)備主要包括光學(xué)浮區(qū)爐、X射線衍射儀、勞厄照相機、物性測量系統(tǒng)、振動樣品磁強計,鐵電儀和高阻靜電計等。測試方法主要包括磁性測量以及磁電耦合效應(yīng)的測量方法。第三章,研究了HoFeO_3單晶和Ho_(0.5)Pr_(0.5)FeO_3單晶的磁特性。HoFeO_3的磁特性主要為自旋重取向,在低溫下為Γ_2態(tài),從34 K-45 K之間發(fā)生Γ_2-Γ_(12)的自旋重取向,然后在HoFeO_3單晶在50 K-60 K之間發(fā)生從Γ_2-Γ_4的磁相變。在Ho_(0.5)Pr_(0.5)FeO_3單晶中也發(fā)現(xiàn)了自旋重取向相變,轉(zhuǎn)變溫度為75 K-90 K之間,特別是在低溫下a軸方向的磁化強度發(fā)生了一個跳變,跳變的大小和跳變溫度對外加磁場具有很強的依賴性。經(jīng)過分析Ho_(0.5)Pr_(0.5)FeO_3單晶中磁性離子磁晶格之間的相互耦合作用,認為跳變是由于Pr~(3+)離子的自旋翻轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的。第四章,研究了Ba位Sr摻雜Y型六角鐵氧體Ba_(2-x)Sr_xCo_2Fe_(12)O_(22)(x=0.5,1,1.5)多晶樣品的磁特性和磁電耦合特性。隨著Sr摻入量的增加,Ba_(2-x)Sr_xCo_2Fe_(12)O_(22)樣品的晶格參數(shù)逐漸降低,螺旋磁結(jié)構(gòu)到線性磁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變溫度逐漸增加,并且樣品的飽和磁化強度和矯頑力都有所提高。在Ba_(0.5)Sr_(1.5)Co_2Fe_(12)O_(22)樣品中觀察到磁場誘導(dǎo)的電極化現(xiàn)象,電極化出現(xiàn)的溫度達到150 K,并且磁場能夠控制電極化P的大小和符號的變化。第五章,研究了Fe位Al摻雜Y型六角鐵氧體Ba_(0.5)Sr_(1.5)Co_2Fe_)(11)Al O_(22)中的磁性和磁電耦合特性。利用固相反應(yīng)法合成了Ba_(0.5)Sr_(1.5)Co_2Fe_(11)AlO_(22)多晶樣品,粉末X射線衍射測試(XRD)結(jié)果顯示樣品為單相的Y型六角鐵氧體材料,磁化強度隨溫度的變化曲線表明,該體系在350 K以上由螺旋磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫�性磁結(jié)構(gòu),等溫磁化曲線呈現(xiàn)亞鐵磁型磁滯回線特征。在200 K以下觀測到樣品具有磁場誘導(dǎo)的電極化現(xiàn)象,并且能夠通過磁場控制電極化的大小和符號的變化,最大電極化值達到120μA·s·m~(-2)。第六章,對本論文工作進行總結(jié),并對研究對象的下一步的應(yīng)用前景給與展望。
[Abstract]:Ferroelectric, ferromagnetic and ferromagnetic materials have great potential applications in the new information memory and multi-functional magnetic appliances. In recent years, it has become one of the hottest fields in condensed matter physics and material science. The coexistence of ferroelectric order and ferromagnetic order provides the possible coupling interaction between the two. The internal electric field produced by the ferroelectric order can cause the redistribution of the electron spin to change the magnetic properties of the system, and conversely, the spin ordered fluctuations lead to ferroelectric relaxation and dielectric anomalies by magnetostriction or possible electrophonon interaction. It is found that the dielectric constant changes obviously under the effect of applied magnetic field. The rich magnetic properties of the rare-earth iron oxide RFeO3 (R as rare earth element) in the orthogonal perovskite structure have always been one of the hot spots in the study, and the ultra fast magneto-magnetic effect and the properties of multi iron have been found most recently. And these new properties have a close relationship with the magnetic phase transition, so it is of great significance to study the change and inducement of the spin order near the magnetic phase transition in RFeO_3. The magnetoelectric coupling effect found in the six corner ferrite materials in recent years makes the study of this kind of material become a new research heat. One of them, because the temperature of the magnetoelectric coupling effect is high and even close to room temperature, it has potential advantages in practical application. So HoFeO_3, Ho_ (0.5) Pr_ (0.5) FeO_3 and Y type six corner ferrite Ba_ (2-x) Sr_xCo_2Fe_ (12-y) AlyO_ (22) are selected as the research object, and the magnetic phase in the material is studied by element doping. Variation, singular magnetic properties and magnetoelectric coupling effects. The full text is divided into six chapters. In Chapter 1, the lattice structure and magnetic structure of perovskite structure RFeO_3, the spin reorientation phase transition, and the development of the ferromagnetism are summarized. The crystal structure and magnetic structure of the Y type ferrite are introduced, and the development of the magnetic field induced electrode effect is introduced. General situation and research status. The second chapter mainly describes the preparation of experimental samples, characterization and physical testing methods and the experimental equipment used in this paper, including the method for the synthesis of polycrystalline samples by solid state reaction method, the method of growing single crystal by optical floating zone method, and the method and working principle of the experimental equipment. The experimental equipment mainly includes optical floating zone furnace, X ray diffractometer, Laue camera, physical measurement system, vibrating sample magnetometer, ferroelectric meter and high resistivity electrometer. The test method mainly includes magnetic measurement and magnetoelectric coupling effect measurement method. The third chapter studies the magnetic properties.HoF of HoFeO_3 single crystal and Ho_ (0.5) Pr_ (0.5) FeO_3 single crystal. The magnetic properties of eO_3 are mainly spin reorientation, the gamma _2 state at low temperature, the spin heavy orientation of gamma _2- gamma (12) from 34 K-45 K, and the magnetic phase transition from gamma _2- _4 to HoFeO_3 single crystal between 50 K-60 K. The magnetization of the a axis at low temperature has a jump, the jump size and the jump temperature are strongly dependent on the external magnetic field. After analyzing the interaction between magnetic ions magnetic lattices in Ho_ (0.5) Pr_ (0.5) FeO_3 single crystals, the jump is attributed to the spin reversal of Pr ~ (3+) ions. The fourth chapter is the study. The magnetic and magnetoelectric coupling properties of Ba bit Sr doped Y six corner ferrite Ba_ (2-x) Sr_xCo_2Fe_ (12) O_ (22) (22) (x=0.5,1,1.5) polycrystalline samples are obtained. With the increase of Sr doping amount, the lattice parameters of the Ba_ (2-x) Sr_xCo_2Fe_ (12) Sr_xCo_2Fe_ (22) samples gradually decrease, the transition temperature of the spiral magnetic structure to the linear magnetic structure increases gradually, and the saturated magnetic field of the sample is increased. The intensities and coercive forces were improved. The magnetic field induced electrode was observed in Ba_ (0.5) Sr_ (1.5) Co_2Fe_ (12) O_ (22) samples, the temperature of the electric polarization reached 150 K, and the magnetic field could control the size of P and the change of the symbol. The fifth chapter studied the Fe bit Al doped Y type six corner ferrite Ba_ (0.5) Sr_ (1.5) Co_2Fe_) (11). The magnetic and magnetoelectric coupling characteristics in Al O_ (22). The Ba_ (0.5) Sr_ (1.5) Co_2Fe_ (11) AlO_ (22) polycrystal samples were synthesized by solid phase reaction. The powder X ray diffraction (XRD) results showed that the sample was a single-phase Y type six corner ferrite material, and the magnetization intensity with the temperature variation curve showed that the system was changed by the spiral magnetic structure above 350 K. For linear magnetic structure, the isothermal magnetization curve is characterized by ferromagnetic hysteresis loop. Under 200 K, the sample has a magnetic field induced electrode phenomenon, and the maximum electrode value can reach 120 mu A. S. M~ (-2). The maximum electrode value can be controlled by magnetic field. The work of this paper is summarized and studied. The next step of the application prospects for the future.
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O482.5

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本文編號：2026988