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文檔簡介
1、BiFeO3(BFO)作為典型的在室溫下具有多鐵性能的材料,具有高的居里溫度(TC=1103 K)和尼爾溫度(TN=645 K),受到了廣泛的關(guān)注。然而,其大的漏導(dǎo)電流與弱的鐵磁性能嚴(yán)重地阻礙了其在實(shí)際中的應(yīng)用。雖然摻雜改性和復(fù)合磁性材料層在一定程度上提高了BFO材料的性能,然而摻雜所提高的鐵磁性能微弱,復(fù)合磁性相材料層會對復(fù)合薄膜的鐵電性能的破壞,這都使BFO材料的多鐵性能沒有得到大的改變。因此,本課題將摻雜與復(fù)合磁性相這兩種方法結(jié)合
2、起來研究其對BFO薄膜的結(jié)構(gòu)和多鐵性能的影響。本文采用溶膠凝膠法成功地在FTO/glass基板上制備了 Bi1-xErxFeO3(BExFO)薄膜,Bi0.9Er0.1Fe1-zCozO3(BEFCzO)薄膜,Bi1-xErxFe0.96Mn0.02Co0.02O3(BExFMCO)以及 Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3-Co1-αMnαFe2O4(BEFCO-CMαFO)和Bi0.9Er0.1Fe0.96Co0.02M
3、n0.02O3-Co1-αMnαFe2O4(BEFMCO-CMαFO)復(fù)合薄膜。研究了不同摻雜以及不同結(jié)構(gòu)的鐵磁層對于BFO薄膜的結(jié)構(gòu)、介電、漏導(dǎo)、離子價(jià)態(tài)、鐵電以及鐵磁等性能的影響。
本研究主要內(nèi)容包括:⑴BExFO3薄膜的結(jié)構(gòu)由BFO薄膜的典型菱方鈣鈦礦R3c:H結(jié)構(gòu)變?yōu)榱夥絉3c:H與R3m:R兩相共存的結(jié)構(gòu),且薄膜中存在著豐富的 Fe2+和大量的氧空位;薄膜的漏導(dǎo)電流隨著Er3+離子的摻入而增大,但BExFO3薄膜中有
4、鐵電轉(zhuǎn)換存在,其中BE0.09FO薄膜鐵電翻轉(zhuǎn)電流為1.42×10-2 A,飽和磁化強(qiáng)度為Ms為2.60 emu/cm3。⑵BEFCzO薄膜的結(jié)構(gòu)隨著Co2+的摻入,由BE0.10FO的菱方R3c:H與R3m:R空間群轉(zhuǎn)變?yōu)榱夥胶腿毕喙泊娴慕Y(jié)構(gòu),且在 BEFeC0.02O薄膜中出現(xiàn)了菱方/三斜相的準(zhǔn)同型相界;相比于 BEFO薄膜,BEFCzO薄膜中的氧空位濃度有所降低,其漏導(dǎo)電流也降低了近3個(gè)數(shù)量級;BEFCzO薄膜的多鐵性能得到了提
5、高,其中,BEFC0.02O薄膜的Ms為17.08 emu/cm3,Mr為6.35emu/cm3,剩余極化值為Pr為80.77μC/cm2。⑶BExFMCO薄膜的結(jié)構(gòu)由典型的菱方鈣鈦礦R3c:H結(jié)構(gòu)變?yōu)槿絇1,再變?yōu)檎坏腜bmn兩相共存的結(jié)構(gòu);BExFMCO薄膜中Fe2+的含量有所降低,且在BE0.1FMCO薄膜中的Fe2+/Fe3+接近1:1,這使薄膜中存在較強(qiáng)的超交換作用,有利于薄膜磁性能的提高;BE0.1FMCO薄膜具有優(yōu)異的
6、多鐵性能,其剩余極化值Pr為79.72μC/cm2,飽和磁化強(qiáng)度與剩余磁化強(qiáng)度分別為Ms為9.78 emu/cm3,Mr為2.1emu/cm3。⑷復(fù)合薄膜BEFMCO/CMαFO和BEFCO/CMαFO呈現(xiàn)出優(yōu)異的多鐵性能。BEFMCO/CM0.3FO薄膜的Pr為157.8μC/cm2, Ec為497 kV/cm,Ms為51.47emu/cm3,Mr為23.53emu/cm3,且該薄膜具有良好的可讀寫性能和鐵電翻轉(zhuǎn)特性。BEFCO/CM
7、0.3FO薄膜的 Ms為74.9emu/cm3,Mr為34.1emu/cm3,Pr為156.3μC/cm2, Ec為410 kV/cm。復(fù)合薄膜中鐵電性能的變化主要來源于底層 Mn2+摻雜使得CMαFO層的結(jié)構(gòu)由立方 Fd-3m:2向三方R-3m:H發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)了BEFMCO或 BEFCO層中的三斜-P1向三方-R3c:H轉(zhuǎn)變,三斜P1結(jié)構(gòu)含量的改變和兩相共存有利于復(fù)合薄膜鐵電性能的提高,磁電性變化主要主要來源于CMαFO層磁性能。
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