Co、Fe、Al摻雜對多鐵材料鐵酸鎵結(jié)構(gòu)及性能的影響.pdf

1、多鐵材料是一種新型多功能材料,其在多功能電子設(shè)備、傳感器和數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。在眾多的多鐵材料中,GaFeO3(GFO)由于具有較高的居里溫度,實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng),而引起了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。近年來對GFO進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)其存在一些缺陷,從而影響了實(shí)際的應(yīng)用,如單相GFO材料表現(xiàn)出的反鐵磁性使其在磁性存儲方面的應(yīng)用受限。改善GFO性能的通常做法是選擇合適的陽離子在“A”或“B”位進(jìn)行摻雜或取代。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道頗多,但有關(guān)摻雜或

2、取代的理論研究比較少。第一性原理計(jì)算方法是一種用于研究和預(yù)測材料的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)和磁性等方面的性能的有力理論研究工具。
　　本文利用基于密度泛函理論的贗勢平面波第一性原理方法,計(jì)算了Co、Zn在“B”位、Al在“A”位摻雜GFO材料的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)和磁性能。取得的主要結(jié)果如下:
　　1)對純GFO材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究,結(jié)果顯示GFO結(jié)構(gòu)參數(shù)的理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值符合得很好。GFO材料為反鐵磁結(jié)構(gòu),晶胞凈磁矩為零,材料的

3、Fe-O鍵和Ga-O鍵為既具有離子性,又具有共價(jià)性的混合鍵,且Ga-O的共價(jià)性較Fe-O鍵更強(qiáng)。
　　2)用Co進(jìn)行不同含量摻雜,研究了GaCoxFe1-xO3(x=0,0.125,0.25,0.5)(GCFO)材料的結(jié)構(gòu)參數(shù),磁矩和光學(xué)性質(zhì)等。結(jié)果顯示GCFO的晶格參數(shù)、體積、原子坐標(biāo)等與GFO基本一致,材料保持鈣鈦礦結(jié)構(gòu)及較強(qiáng)鐵電性。GCFO為新的亞鐵磁結(jié)構(gòu),對于摻雜量x=0.125,0.25和0.5,其凈磁矩分別為-0.96

4、μB,-2μB和-4μB,材料表現(xiàn)出較強(qiáng)鐵磁性。與GFO相比,GCFO具有更高的介電性能。GCFO的化學(xué)鍵也是具有離子性的共價(jià)鍵。
　　3)采用等量的 Al和 Zn對 GFO進(jìn)行摻雜得到 Al0.125Ga0.875FeO3和GaZn0.125Fe0.875O3兩種材料,并對它們的電子結(jié)構(gòu)、磁性和光學(xué)性能進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)Al和Zn摻雜不影響GFO材料的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。Al的摻入增大了材料的帶隙,提高了鐵電性,但不改變GFO材料的反鐵磁