【摘 要】
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多铁材料是指材料中含有铁磁、铁电等不止一种铁质的材料,因此在磁传感、磁存储器件等领域有着广泛的用处。BaFe12O19(Ba M)六角铁氧体具有大的垂直磁晶各向异性,化学稳定性和大的矫顽力,在微波和垂直磁记录方面具有广泛的应用。特别地,由于Ba M和Mn3O4具有特殊的磁结构,可以诱导铁电极化,是研究多铁材料磁电耦合机理的良好载体。因此,本文以Ba M六角铁氧体及Mn3O4为研究对象,对其制备工艺
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多铁材料是指材料中含有铁磁、铁电等不止一种铁质的材料,因此在磁传感、磁存储器件等领域有着广泛的用处。BaFe12O19(Ba M)六角铁氧体具有大的垂直磁晶各向异性,化学稳定性和大的矫顽力,在微波和垂直磁记录方面具有广泛的应用。特别地,由于Ba M和Mn3O4具有特殊的磁结构,可以诱导铁电极化,是研究多铁材料磁电耦合机理的良好载体。因此,本文以Ba M六角铁氧体及Mn3O4为研究对象,对其制备工艺及磁电性能进行了详细的研究,主要研究内容如下:一、使用脉冲激光技术在SrTiO3<111>(STO)基底上沉积了Ba M薄膜,探索了不同基底温度对薄膜的取向、微观形貌的影响。随后在STO基底和Ba M薄膜之间加入Sr3Al2O6(SAO)缓冲层,利用其可溶于水的特性,探究了自支撑薄膜剥离的过程,且比较了有无缓冲层的Ba M薄膜的磁性能变化。结果表明:(1)当基底温度为720℃时,薄膜具有沿c轴单一取向、显著的六角形貌以及较低的粗糙度。(2)加入缓冲层的Ba M薄膜材料显示出更强的单轴磁晶各向异性,沿c轴方向大的矫顽力(最大约为16 k Oe)以及0.99的剩磁比。二、以上述最优的制备条件为基础,通过改变Ba M薄膜的沉积时长,探究了不同厚度的薄膜与其磁性的关系。结果表明:随着沉积时间的增加,薄膜的c轴取向性变差,饱和磁化强度下降。随后,以Nb:SrTiO3<111>(Nb:STO)为基底沉积了Au/Ba M/SAO/Nb:STO异质结薄膜,探究了薄膜的磁电性能,结果在80 K附近发现了不随频率变化的介电异常峰,这可能源于锥形磁结构诱导的铁电极化。三、采用固相法制备了Mn3O4及一系列(Mn3-xCrx)3O4(x=0.1-0.5)掺杂的单相多晶样品。主要研究了单相及其掺杂含量为x=0.4的材料的晶体结构、形貌以及磁电性能的变化。结果如下:(1)掺杂后样品的空间群由I41/amd转变成为Fd3—m,形貌由紧密的镶嵌结构变为离散的五面体及八面体。(2)掺杂后的Yafet-Kittel型亚铁磁磁相变点由43 K提高至60 K,这可由掺杂Cr3+之后,Mn3+(Cr3+)/Mn2+-O键长缩短,Mn3+(Cr3+)-O-Mn3+(Cr3+)键角增大来理解。(3)介电曲线表明,掺杂前后的样品在磁相变点附近存在不随频率移动的介电异常峰,表明该体系存在与磁序相关的铁电极化。
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