單相多鐵性磁電材料的同步輻射研究.pdf

1、多鐵性材料可分為單相多鐵性化合物和多鐵性復合磁電材料。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，或者磁電效應很弱，因而還遠遠不足以符合實際應用。探索新型室溫單相多鐵性材料，提高磁電耦合

2、強度，實現(xiàn)可觀的磁電耦合響應，建立微觀物理機制等，都是亟待解決的關鍵問題。
　　本篇論文主要討論關于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。相比以往關于BiFeO3和YMnO3這兩個單相多鐵性材料的研究，這次的工作將根據(jù)同步輻射X射線吸收譜數(shù)據(jù)，從晶格局域結構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

3、位置對YMnO3材料的MnO5三角雙錐結構和磁性的影響，利用固相反應法合成了YMn1-xFexO3（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-Mn3d雜化軌道的電子態(tài)變化。實驗結果表明Fe3+離子的摻雜并沒有改變YMnO3的晶格結構。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，并且破壞了YMnO3中Mn3+-Mn3+

4、之間的反鐵磁交換作用，誘導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O2p-Mn3d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O2p-Mn3d雜化軌道。雜化軌道的變化會引起Mn-O化學鍵和MnO5三角雙錐結構的改變，進而導致YMn1-xFexO3（0≤x≤0.08）樣品的磁有序和電極化有序的改變。Fe3+離子的摻雜能夠?qū)MnO3電子能帶

5、結構和局域微結構產(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，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。采用溶膠凝膠法制備了BiFeO3、BiFe0.95Mn0.05O3和Bi0.90La0A0FeO3樣品。BiFeO3的晶格結構沒有因為離子摻雜而改變，仍然為扭曲的鈣鈦礦結構。La3+離子摻雜沒有引起B(yǎng)iFeO3的磁性明顯變化，而Mn3

6、+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O2p-Fe3d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O2p-Fe3d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，導致反鐵磁序排列被破壞，出現(xiàn)凈磁矩