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量子顺电体钛酸锶具有奇异的电学和光学等特性,广泛应用于通信、数字存储等领域。最近的研究发现应力以及少量元素掺杂可以使钛酸锶诱导出铁电、铁磁和磁弹等有意思的新现象和新性能,将钛酸锶的应用延伸至多态存储等更广阔的领域,使之持续成为凝聚态物理与材料科学的研究热点。本文系统地研究了传统固相法制备的稀磁掺杂SrTiO3陶瓷的微结构、磁性、介电和铁电性能,并分析讨论了掺杂诱导铁性的物理机制。主要内容如下:1.合成不同组分Fe掺杂的SrTiO3陶瓷。实验结果表明在相近Fe离子掺杂比例下,Sr/Ti相对摩尔比的微小变化会极大影响SrTiO3的磁性及介电特性。与SrTi0.9Fe0.1O3-δ 的顺磁特性不同,Sr0.98Ti0.9Fe0.1O3-δ 和 Sr0.98Ti0.92Fe0.1O3-δ 具有室温铁磁和低温自旋玻璃特征。通过EPR和氧处理证实,磁性来源于更多的低价Fe离子占据Sr位,从而增强了混合价态Fe离子之间的铁磁双交换作用以及占据Sr和Ti位的Fe离子通过氧离子形成非线性键合的铁磁交换作用。同时,出现在Sr0.98Ti0.9Fe0.1O3-δ和Sr0.98Ti0.92Fe0.1O3-δ中的介电弛豫峰,表明了低温的偶极玻璃行为,通过氧处理、热释电和比热测试分析表明,偶极玻璃来自偏心占据Sr位的低价Fe离子和氧空位复合形成相互关联的缺陷偶极子团簇。2.制备了系列不同组分的Mn掺杂SrTiO3陶瓷,比较了 Mn离子不同占位的掺杂效应。实验发现A位和AB位共掺杂的样品都诱导出了低温自旋玻璃和偶极玻璃行为。通过TGA、EPR和氧处理测试证实,自旋玻璃来源于非等价Mn离子之间的交换作用,而偶极玻璃主要来自以O离子为媒介的{Mn2+-O2--Mn3+}局域偶极子的运动。磁介电测量发现,Sr0.96Mn0.04Ti0.94Mn0.06O3样品具有高达12%的低温磁介电效应,可能来自自旋玻璃和偶极玻璃的耦合作用。3.制备了 Mn 掺杂的(BaxMn1-x)0.4Sr0.6TiO3(x=0,0.05,0.075,0.1,BMST)陶瓷。随着Mn量的增加,样品出现低温自旋玻璃行为,其中x=0.075的样品磁性最强。通过TGA和EPR证实,磁性来源于不等价Mn离子的铁磁交换作用。Mn掺杂可以调节BMST的介电特性,降低BST的居里温度和介电弛豫激活能。x=0.075的样品在室温有较为明显的电滞回线,来源于铁电相变峰的弥散。只有x=0.05和x=0.1样品有弱的磁介电效应,可能与局域偶极子的磁电相互作用有关。