含铋层状钙钛矿型薄膜多铁性能与回线动力学标度

摘要

本研究把磁性基团BiFeO3、YFeO3或BiFe0.5Co0.5O3插入到层状钙钛矿型铁电体 Bi4Ti3O12基质中，以期合成室温单相磁电多铁性材料。用溶胶-凝胶工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了单相的层状钙钛矿型Bi4Ti3O12-nBiFeO3(n=0.5、1.0、1.5)、Bi4Ti3O12-YFeO3和Bi4Ti3O12-BiFe0.5Co0.5O3多铁薄膜，研究了室温下薄膜的铁电、介电、磁性和磁介电性能。为获取薄膜中铁电畴结构和极化翻转信息，还研究了Bi4Ti3O12-nBiFeO3(n=0.5、1.0)和Bi4Ti3O12-YFeO3薄膜的回线动力学标度。
　　本研究主要内容包括：⑴室温下层状钙钛矿型Bi4Ti3O12-nBiFeO3(n=0.5、1.0、1.5)薄膜具有良好的铁电性，随被插入磁性单元BiFeO3层数增加，薄膜的弱铁磁性如期增强。Bi4Ti3O12-BiFeO3薄膜呈显著的室温磁介电效应，在外磁场0.45 T和测试频率100 kHz时，其磁介电耦合系数MDC值达3.5%。在高频强电场下，Bi4Ti3O12-BiFeO3薄膜的回线动力学标度关系为∝f-0.05Eo1.26，与Bi4Ti3O12-0.5BiFeO3薄膜相比，该薄膜的回线面积对频率和外场幅值的依赖性更弱，其铁电性能更稳定。⑵制备了室温下铁电性和弱铁磁性共存的层状钙钛矿型Bi4Ti3O12-YFeO3薄膜，其剩余极化2Pr与饱和磁化强度Ms分别为53.62C/cm2和0.50emu/cm3。当外加电场幅值在10-30kV/cm范围时，Bi4Ti3O12-YFeO3薄膜依次存在着欧姆导电、空间电荷限制电流和陷阱填充导电三种导电机制。⑶制备了有一定c轴择优取向的层状钙钛矿型Bi4Ti3O12-BiFe0.5Co0.5O3多铁薄膜，其剩余极化2Pr与饱和磁化强度Ms分别为20?C/cm2和4.3 emu/cm3。该Ms值远高于上述 Bi4Ti3O12-BiFeO3薄膜的 Ms值0.45emu/cm3。在0.45T/100kHz下，Bi4Ti3O12-BiFe0.5Co0.5O3薄膜的磁介电MDC绝对值达3.1%。该MDC值略低于上述Bi4Ti3O12-BiFeO3薄膜的MDC值3.5%，这是因为Co离子部分取代Fe离子抑制了Bi4Ti3O12-BiFe0.5Co0.5O3薄膜中Fe2+的生成，Fe2+与Fe3+形成局域偶极子随之减少。

目录

第一章 绪论

1.1多铁材料及应用

1.2单相多铁性材料[36-40]

1.3电滞回线的动力学标度

1.4本论文的主要研究内容

参考文献

第二章 多铁薄膜的制备工艺和表征方法

2.1 多铁薄膜的制备工艺

2.2 多铁薄膜的表征方法

参考文献

第三章 Bi4Ti3O12-nBiFeO3 (n=0.5、1.0、1.5)薄膜的制备及多铁性能

3.1引言

3.2 样品制备

3.3 Bi4Ti3O12-0.5BiFeO3薄膜的微观结构及性能

3.4 Bi4Ti3O12-BiFeO3薄膜的微观结构及性能

3.5 Bi4Ti3O12-1.5BiFeO3薄膜的微观结构及性能

3.6 本章小结

参考文献

第四章 Bi4Ti3O12-nBiFeO3 (n=0.5、1.0)薄膜的回线动力学标度

4.1引言

4.2 电滞回线标度的数据处理方法

4.3 Bi4Ti3O12-0.5BiFeO3薄膜的回线动力学标度

4.4 Bi4Ti3O12-BiFeO3薄膜的回线动力学标度

4.5 Bi4Ti3O12-BiFeO3薄膜的铁电性能随温度的变化关系

4.6本章小结

参考文献

第五章 Bi4Ti3O12-YFeO3薄膜的多铁性能及回线动力学标度

5.1引言

5.2 样品制备

5.3 Bi4Ti3O12-YFeO3薄膜的多铁性能

5.4 Bi4Ti3O12-YFeO3薄膜的回线动力学标度

5.5 本章小结

参考文献

第六章 Bi4Ti3O12-BiFe0.5Co0.5O3薄膜的制备及多铁性能

6.1引言

6.2样品的制备

6.3实验结果与讨论

6.4 本章小结

参考文献

第七章 工作总结与展望

7.1工作总结

7.2工作展望

攻读学位期间的研究成果

致谢

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