【摘要】：多鐵材料由于同時具有鐵磁性(或反鐵磁性)和鐵電性而得到廣泛的關(guān)注,通過磁電耦合效應(yīng)實現(xiàn)這兩種鐵性之間的相互調(diào)控,從而可以應(yīng)用于各個領(lǐng)域,特別是自旋電子學。由于F元素比O元素具有更高的電負性,含有3d過渡金屬的多鐵氟化物更有可能打破鈣鈦礦氧化物中鐵磁和鐵電共存的限制,實現(xiàn)單相多鐵性。氟化物BaMF_4(M=Mn,Ni,Co,Fe等)是典型的多鐵材料,具有室溫鐵電性,居里溫度很高的優(yōu)點,但Ba MF_4一般為反鐵磁的,并且奈爾溫度極低,很難得到實際應(yīng)用。我們制備了幾種純相Ba MF_4氟化物,將BaNiF_4制備成外延薄膜并研究了其磁性與鐵電性,制備了BaCoF_4和BaNiF_4等比例混合的純相固溶體并研究了其磁性。具體工作以及主要結(jié)論如下:(1)用脈沖激光沉積技術(shù)(PLD)在(0001)晶面取向的Al_2O_3襯底上外延生長了BaNiF_4薄膜,經(jīng)過X射線衍射證實薄膜只具有(040),(080),(0120)晶面方向的譜峰,證明了薄膜的外延生長。通過壓電力顯微鏡(PFM)的測量,薄膜中存在振幅和位相的回線,這是薄膜鐵電性的表現(xiàn)。溫度在10K以下可以明顯的觀察到蜂腰形的磁滯回線,這歸因于其反鐵磁機構(gòu)上,相鄰自旋微弱形成的凈磁矩反平行排列導致的弱反鐵磁性的磁結(jié)構(gòu)。在高于室溫時仍然可以看到弱的鐵磁性,這是由于外延生長中襯底和薄膜晶格常數(shù)的失配引入的應(yīng)力導致的。(2)純相的固體材料BaCoF_4和BaNiF_4按照1:1的比例用固相反應(yīng)的方法制備了BaCo_(0.5)Ni_(0.5)F_4,并用X射線衍射的方法確定其為純相。隨著溫度低至5K,磁滯回線仍為線性曲線,這表明樣品為反鐵磁性。對比BaCoF_4和BaNiF_4,沒有觀察到明顯的磁性增強,這說明樣品中Co和Ni元素的隨機分布,沒有形成亞鐵磁性。測量了零場冷卻(ZFC)和場冷卻(FC)的磁矩-溫度(M-T)曲線,溫度的降低使得零場冷曲線與場冷曲線在溫度為118 K時分離,此時開始出現(xiàn)二維反鐵磁結(jié)構(gòu),當溫度降到87 K時磁矩最大,這歸因于二維反鐵磁結(jié)構(gòu)的團簇,之后磁性劇烈的降低是因為三維反鐵磁結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)。在場冷卻的曲線中,當溫度降至40 K時磁矩有個小的增加,這歸因于三維反鐵磁結(jié)構(gòu)的團簇,而9 K時磁矩劇烈增加是因為樣品中存在未抵消的孤立自旋。溫度低于90 K時,在樣品中可以觀察到明顯的交換偏置,通過交流磁化強度的測量排除了表面自旋玻璃態(tài)的貢獻,其機制被歸因于兩個反鐵磁相之間的交換耦合作用。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O482.5;O614.811
【圖文】：

(ferrimagnetism)[3]。本文討論的多鐵性包括鐵磁性，反鐵磁性和鐵電性。鐵電性是指具有自發(fā)電極化，且自發(fā)極化的方向有兩個或多個，在電場的作用下其取向會改變的特性。鐵電體晶胞的原子構(gòu)型使得正負電子重心沿著某個方向位移，導致電偶極矩，形成電極化。因為原子的構(gòu)型是溫度的函數(shù)，所以電極化的狀態(tài)也會隨溫度的變化而變化，這種性質(zhì)稱之為熱電性(pyroelectricity)[4]，這是所有具有電偶極矩的材料的通性。鐵電體中，由于兩端正負的束縛電荷在晶體內(nèi)部形成退極化場，導致靜電能的增加。而且極化導致的應(yīng)變使得晶體內(nèi)部的應(yīng)變能增加，所以均勻極化的狀態(tài)是不穩(wěn)定的，為了降低能量，晶體會分成若干個小的區(qū)域，每個小的區(qū)域電極化方向相同，稱之為電疇。電疇的出現(xiàn)使得退極化場形成的靜電能和機械約束的應(yīng)變能降低，疇壁之間的相互作用會形成疇壁能。鐵電體的極化隨著電場的變化而變化，形成電滯回線。電滯回線過程伴隨有新疇的成核長大，疇壁的移動等。當鐵電體完全極化外加電場將為零時，鐵電體會有一個剩余極化。使得鐵電體重新回歸為零極化的狀態(tài)需要一個反向的電場，場的大小稱之為矯頑場 Ec。在鐵電體中，鐵電性只存在于一定的溫度范圍，當高于某個溫度時，鐵電體會變?yōu)轫橂婓w(paraelectrics)，這一相轉(zhuǎn)變溫度稱為居里溫度 Tc[5]。圖 1-給出了上面提到的三種狀態(tài)的極化與電場的變化關(guān)系示意圖。

東南大學碩士學位論文作用下趨向于同一方向，磁化過程與電極化過程類似，具有磁滯回線，都運動與長大，只不過鐵磁體的疇是磁疇[6]。鐵電體和鐵磁體的不同之處在磁矩的來源不同，電偶極矩來源于晶胞中正負電荷中心不重合，而磁矩來原子的外層電子，如果外層電子是成對出現(xiàn)的，根泡利不相容原理，其磁的，原子不表現(xiàn)出磁矩，而如果原子的外層電子是未滿的，原子就表現(xiàn)出矩的不同排列方式可以將磁性材料分為四種，如圖 1-2 所示(1agnetism，PM)；(2)鐵磁性(ferromagnetism，F(xiàn)M)；(3)反鐵磁性(antiferroma(4)亞鐵磁性(ferrimagnetism，F(xiàn)IM)。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王克鋒;劉俊明;王雨;;單相多鐵性材料——極化和磁性序參量的耦合與調(diào)控[J];科學通報;2008年10期

本文編號：2729801