共掺杂LiNbO3薄膜铁磁性铁电性能的研究

摘要

本论文利用射频磁控溅射的方法分别制备了Fe-Ca、Fe-Ba、Ba-Ca三个系列的单掺及其共掺的LiNbO3薄膜。利用XRD、XPS、XAFS、SQUID、Agilent4294A阻抗分析仪和TF2000铁电分析仪等结构表征及分析方法系统的研究了所有掺杂LiNbO3薄膜样品的结构及铁电铁磁性能。主要内容有：
　　（1）通过对Fe、Ca单掺及Fe-Ca共掺LiNbO3薄膜各表征及性能进行系统的研究分析, Fe是以Fe2+，Fe3+混合价态同时取代了Li位和Nb位进入LiNbO3晶格中且在替位过程产生了Li空位和Vo以弥补电荷平衡；Ca是以Ca2+取代Li位的形式进入LiNbO3晶格中，且所有掺杂薄膜样品中没有Fe、Ca相关的单质或氧化物等第二相的生成。所有Fe、Ca掺杂LiNbO3薄膜样品均表现为明显的室温铁磁性，且Fe-Ca共掺LiNbO3薄膜的饱和磁化强度明显高于Ca单掺但是略低于Fe单掺样品。通过对掺杂LiNbO3薄膜的介电常数和介电损耗进行分析，Fe-Ca共掺薄膜的介电损耗低于Fe单掺LiNbO3薄膜。
　　（2）为了进一步研究不同元素共掺对LiNbO3薄膜铁磁性及铁电性的影响，制备了Fe、Ba单掺及Fe-Ba共掺LiNbO3薄膜，并对其晶体结构及局域结构进行研究，研究发现Fe还是以Fe2+，Fe3+混合价态同时取代了Li位和Nb位进入LiNbO3晶格中且在替位过程产生了Li空位和Vo以弥补电荷平衡；Ba以Ba2+取代Nb位进入LiNbO3晶格中并同时产生Vo以弥补电荷平衡。通过对其铁磁性、铁电性进行的分析，Fe-Ba共掺薄膜样品的室温铁磁性明显高于Fe单掺LiNbO3薄膜样品的，且其铁电性低于Fe单掺样品的，分析表明Ba的掺入，增大的Vo空位的浓度，增加了Fe2+-Vo-Fe3+的交换作用，从而引起室温铁磁性的增强，同时由于其交换作用的增强及缺陷的增多，导致Fe-Ba掺杂薄膜的漏电流增大，从而降低了其铁电性。
　　（3）通过对Ba、Ca单掺及Ba-Ca共掺LiNbO3薄膜各表征及性能进行的系统研究分析表明，Ba、Ca分别以Ba2+、Ca2+形式替代Nb位和Li位，并在其取代过程中产生相应的Vo和Li空位以弥补电荷平衡。所有的Ba、Ca单掺及Ba-Ca共掺LiNbO3均表现为明显的室温铁磁性，且Ba-Ca共掺样品的饱和磁化强度要高于Ba、Ca单掺样品。且Ba-Ca共掺样品的介电常数及铁电居里温度略高于Ba单掺样品，说明Ba-Ca元素的共掺在LiNbO3的铁磁、铁电性能方面比Ba单掺更具有优势。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2多铁材料的铁电性

1.3多铁材料的铁磁性

1.4多铁材料

1.5铌酸锂材料

1.6研究内容及意义

第二章 LiNbO3薄膜的制备和表征试验方法

2.1实验设备

2.2薄膜的制备

2.3薄膜的表征和铁电、铁磁性能分析

第三章 Fe、Ca 掺杂LiNbO3薄膜铁磁性能及铁电性能的研究

3.1不同浓度Fe、Ca掺杂LiNbO3的结构分析

3.2 Fe、Ca单掺及Fe-Ca共掺LiNbO3薄膜的磁性

3.3 Fe、Ca单掺及共掺LiNbO3的铁电性能的研究

3.4本章小结

第四章 Fe、Ba掺杂LiNO3薄膜的铁磁、铁电性能研究

4.1不同浓度Fe、Ba掺杂LiNbO3的结构分析

4.2 Fe、Ba单掺及Fe-Ba共掺LiNbO3薄膜的铁磁性

4.3 Fe、Ba单掺及Fe-Ba共掺LiNbO3薄膜的铁电性

4.4本章小结

第五章 Ba、Ca共掺LN薄膜的铁磁、铁电性能研究

5.1不同浓度Ba、Ca掺杂LiNbO3的结构分析

5.2 Ba、Ca单掺及Ba-Ca共掺LiNbO3薄膜的铁磁性

5.3 Ba、Ca单掺及Ba-Ca共掺LiNbO3薄膜的铁电性

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文情况说明

致谢