高压下铁酸铋纳米复合多铁性材料及锶掺杂钴酸镧磁性研究

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作者宋春蕊
来源吉林大学
出版年2022
摘要
多铁性材料是指在一种材料中同时具有铁电序、铁磁序、铁弹序等两种及两种以上铁性有序的一类功能性材料,不同的序参量之间的耦合作用可相互调控,产生新的物理效应。这类功能材料在新型磁电传感器件,自旋电子器件,高性能信息存储与处理等领域展现出巨大的应用前景[1]。分子式为ABO3的钙钛矿结构的多铁材料由于其独特的结构组成及其强大的结构适应性,使其在室温下同时存在铁电性和铁磁性成为可能。在本论文中,利用高压扭转(HPT)的方法,将钙钛矿型多铁性材料Bi0.9La0.1Fe O3和强铁磁性材料Mn0.6Zn0.3Fe O2.1在高压下扭转压制,获得一种新型“多铁-铁磁”纳米复合多铁材料,并对其晶体结构、相组成、形貌、铁磁(FM)和铁电(FE)性能以及高压对其性质的调控等展开了全面的研究。同时对钙钛矿型La0.6Sr0.4CoO3纳米材料的晶体结构、相组成、形貌、磁性、铁电性等性质进行了探究。本论文获得的主要成果如下:1.利用高压扭转方法(HPT)制备了磁性纳米复合材料0.8Bi0.9La0.1Fe O3-0.2Mn0.6Zn0.3Fe O2.1,这种方法在能够保持两种原材料铁磁相和铁电相的同时还有效的避免了传统的高温烧结方法获得的材料中晶粒尺寸过大的缺点。借助X射线衍射法(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)对Bi0.9La0.1Fe O3(BLFO),Mn0.6Zn0.3Fe O2.1(MZFO),0.8Bi0.9La0.1Fe O3-0.2Mn0.6Zn0.3Fe O2.1(0.8BLFO-0.2MZFO)粉末,及高压扭转法(HPT)制成的新型纳米复合多铁材料0.8Bi0.9La0.1Fe O3-0.2Mn0.6Zn0.3Fe O2.1(0.8BLFO-0.2MZFO by HPT)的结构,形貌,粒径大小进行了分析,发现新型复合多铁材料的粒径尺寸在较高的轴向应变力和切向剪切应变力的作用下显著减小,获得了纳米级的多铁材料。利用磁学测量系统SQUID MPMS 3测量了样品的磁性,对比发现高压扭转法(HPT)制成的新型纳米复合多铁材料在室温下具有小矫顽力、低剩余磁化、高饱和磁化的特点,并且发现在高压下表现出磁性减弱的趋势。2.利用Precision MultiferroicⅡ铁电分析仪研究了常压下及高压下材料的铁电极化随电场的变化关系,数据对比显示,高压扭转法(HPT)制成的新型纳米复合多铁材料0.8BLFO-0.2MZFO具有的较大剩余极化。在高压下,随着静水压力的增加,复合材料的剩余极化也不断增加,这为压力调控多铁性材料的铁电极化提供了新思路。3.借助XRD,SEM和TEM等表征手段对锶掺杂的钴酸镧样品进行研究,对比发现900℃退火温度下所获得的La0.6Sr0.4CoO3样品具有良好的物理性质,并使用磁学测量系统SQUID MPMS 3对纳米材料La0.6Sr0.4CoO3的磁性进行测量,发现在温度为2K和77K时,样品具有较强的铁磁性。并且通过资料分析发现室温下La CoO3具有较强的反铁电性,这为下一步对La0.6Sr0.4CoO3的多铁性研究提供了指导。

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