论文部分内容阅读
离子掺杂能够增强BiFeO3（BFO）薄膜的铁电性,但是其弱磁性的问题未被有效改善;复合磁性材料增强了BFO薄膜材料铁磁性,但又会导致复合薄膜铁电性恶化的问题。本论文采用磁性层的掺杂来调控复合薄膜的结构和多铁性能。本论文采用溶胶凝胶法制备了Bi0.97-xSr0.03GdxFe0.94Mn0.04Co0.02O3（BSGxFMC）薄膜、Bi0.88Sr0.03Gd0.09Fe0.94Mn0.04Co0.02O3/Co1-yMnyFe2O4（BSGFMC/CMyFO）和Bi0.88Sr0.03Gd0.09Fe0.94Mn0.04Co0.02O3/CoFe2-zGdzO4（BSGFMC/CFGzO）复合薄膜。研究了多元离子掺杂对BFO薄膜结构、缺陷、内建电场和多铁性能的影响,以及磁性层掺杂对复合薄膜结构和多铁性能的影响。主要结论如下:（1）研究了BSGxFMC薄膜的结构形貌、缺陷、阻抗和多铁性能。BSGxFMC薄膜为R3c:H和R3m:R空间群共存的三方结构,但是Gd3+掺杂造成薄膜结构中R3m:R空间群的含量增加;薄膜的晶粒尺寸细化,薄膜中晶界和晶粒的电阻增加,漏电流密度下降;Gd3+掺杂抑制了氧空位的产生,导致薄膜界面处的内建电场被弱化。薄膜的铁电性被有效提高,BSG0.09FMC薄膜剩余极化值为108μC/cm2,翻转电流为1.4 mA,矩形比为1.18,还表现出优异的铁电稳定性。（2）研究了BSGFMC/CMyFO复合薄膜的结构、缺陷复合体和多铁性能。Mn2+离子在磁性层CMyFO薄膜A位掺杂造成的结构畸变,诱导了复合薄膜中上层BSGFMC薄膜由R3c:H和R3m:R空间群共存的三方结构向单一R3m:R空间群的三方结构转变。Mn2+离子掺杂抑制了缺陷复合体的形成,减少了在低的外加电压下对铁电畴的翻转限制;复合薄膜在低的外加电压下获得良好的铁电极化。BSGFMC/CM0.3FO复合薄膜的剩余极化值和矫顽场为106μC/cm2和263 kV/cm,饱和磁化强度为45.91 emu/cm3。（3）研究了BSGFMC/CFGzO复合薄膜的结构、铁电性和铁磁性能。复合薄膜的上层BSGFMC薄膜属于R3c:H和R3m:R空间群共存的三方结构;Gd3+离子在磁性层CFGzO薄膜B位掺杂造成了复合薄膜中上层BSGFMC结构中的R3m:R空间群含量由4%增加到31%。BSGFMC/CFG0.10O复合薄膜表现出优异的铁电性能,其剩余极化值为92μC/cm2,矫顽场为361 kV/cm。BSGFMC/CFG0.02O表现出强的铁磁特性,其饱和磁化强度和矩形比分别为68.8 emu/cm3和0.66。