基于堿土金屬鈣摻雜的BiFeO3的制備及其性能研究.pdf

1、多鐵性材料是一種特殊的材料，因?yàn)樗瑫r(shí)擁有鐵電性、鐵磁性和鐵彈性，并且三者之間可以發(fā)生耦合。多鐵性材料在很多方面都有應(yīng)用，包括新型媒體、自旋電子元件、傳感器和多態(tài)電器設(shè)備。在本就不多的單相多鐵性材料中，鐵酸鉍是目前已知的少數(shù)在室溫以上就能表現(xiàn)出鐵電性(TC=1103 K)和疊加擺線調(diào)制的G型反鐵磁性(TN=640 K)的材料。但是相對較弱的磁性和磁電效應(yīng)以及漏電流等缺陷可能會(huì)限制鐵酸鉍在實(shí)踐中的應(yīng)用。離子摻雜是解決這一問題的一個(gè)常規(guī)方法

2、。在這篇文章研究中，我們主要專注于通過鈣摻雜或者鈣與稀土元素和過渡金屬元素共摻來提高鐵酸鉍的性能。本篇文章的主要內(nèi)容如下：
　　1、我們用實(shí)驗(yàn)的方法研究BiFeO3和Bi0.9Ca0.1FeO3的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué)特性和磁性，同時(shí)用第一性原理計(jì)算來驗(yàn)證我們的研究結(jié)果。BiFeO3和Bi0.9Ca0.1FeO3是通過溶膠凝膠法制備的。X射線衍射和拉曼光譜的測試結(jié)果顯示Bi位摻雜Ca,可以導(dǎo)致樣品的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生相變（從單相菱形結(jié)構(gòu)（R3

3、c空間群）變?yōu)閮上喙泊娴慕Y(jié)構(gòu)）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示摻雜鈣元素以后，鐵酸鉍的能帶隙減小到1.42 eV,這個(gè)結(jié)果和態(tài)密度計(jì)算的結(jié)果一致。鈣摻雜以后，鐵酸鉍的漏電流密度減小，磁性明顯增強(qiáng)。
　　2、我們用溶膠凝膠法制備鈣摻雜的和鈣釹共摻的鐵酸鉍，然后系統(tǒng)地研究了它們的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué)特性和磁性。對樣品的X射線衍射光譜圖進(jìn)行里特伍德精修，摻雜樣品能很好的用兩相模型（菱形結(jié)構(gòu)相和立方結(jié)構(gòu)相）精修。雖然我們在Bi0.9Ca0.05Nd0.05Fe

4、O3樣品中觀察到較大的剩余極化強(qiáng)度，約為54.7 uC/cm2，但其中有漏電流的貢獻(xiàn)。在共摻的樣品中我們可以看到紫外吸收光譜明顯藍(lán)移，伴隨著樣品直接帶隙的減小。摻雜以后樣品的漏電流減小，這是由于我們引進(jìn)了非揮發(fā)性的Ca和Nd代替了揮發(fā)性的Bi3+。對MPMS-VSM測得樣品的磁滯回線分析，我們發(fā)現(xiàn)Nd摻雜Bi0.9Ca0.1FeO3后，Bi0.9Ca0.1FeO3的磁性增強(qiáng)，這可以用XPS的表征結(jié)果來解釋。
　　3、鐵酸鉍和過渡金

5、屬（Co、Ni、Cu）摻雜鐵酸鉍納米顆粒都是用溶膠凝膠法制備的。首先我們比較研究了純的，鈣摻雜的，鈷摻雜的和鈣、鈷共摻的鐵酸鉍納米顆粒，然后我們又研究了過渡金屬（Co、Ni、Cu）摻雜對Bi0.9Ca0.1FeO3納米顆粒的結(jié)構(gòu)、電學(xué)和磁性的影響。X射線衍射數(shù)據(jù)的里特伍德精修和拉曼光譜都反映了摻雜以后樣品發(fā)生了結(jié)構(gòu)相變。在摻雜樣品中都能看到明顯的藍(lán)移并伴隨著直接光學(xué)帶隙相對于純鐵酸鉍減小。XPS結(jié)果顯示過渡金屬（Co、Ni、Cu）摻雜B