【摘 要】
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近年来,随着人们对器件微型化和多功能性的需求逐步增大,多铁性材料因同时具有多种铁序（如铁磁、铁电和铁弹序等）,且各种铁序之间可交叉控制,实现器件多功能且满足市场需求而备受研究者关注。利用多铁材料磁电耦合性可加工成各种电子器件,如磁电传感器、自旋电子设备、磁性存储器件等。然而,大部分多铁材料不是磁转变温度和铁电居里温度与室温相差较大,就是磁电耦合性差,适合室温应用的多铁材料极少,因此寻找新的多铁材料
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近年来,随着人们对器件微型化和多功能性的需求逐步增大,多铁性材料因同时具有多种铁序（如铁磁、铁电和铁弹序等）,且各种铁序之间可交叉控制,实现器件多功能且满足市场需求而备受研究者关注。利用多铁材料磁电耦合性可加工成各种电子器件,如磁电传感器、自旋电子设备、磁性存储器件等。然而,大部分多铁材料不是磁转变温度和铁电居里温度与室温相差较大,就是磁电耦合性差,适合室温应用的多铁材料极少,因此寻找新的多铁材料一直是国内外研究学者们致力解决的问题。在众多的多铁材料中,GaFeO3因具有较强的亚铁磁性和优异的磁电耦合特性而备受关注。然而,GaFeO3存在磁转变温度低,漏电流大等问题,限制了其磁性和铁电性的应用。为了进一步优化材料的性能,需要对该材料进行掺杂改性研究,研究者们先后尝试了不同的离子掺杂,发现GaFeO3的磁转变温度依赖于Fe的含量,Sc3+掺杂能显著降低材料的漏电流。目前,已有ScxGa1-x/2Fe1-x/2O3（x=0-0.3）和ScxGa0.75-xFe1.25O3（x=0.05,0.1,0.15）单晶合成,然而晶体磁转变温度仍然较低。在此基础上,本文以GaFeO3为主体材料,进一步提高了 Fe的含量,使用光学浮区法生长了 ScxGa0.7-xFe1.3O3（x=0.05,0.1,0.15）单晶和 Al、Sc 共掺的 GaFeCO3单晶,并详细研究了 Al、Sc掺杂的GaFeO3晶体的结构、磁性和介电性能。具体研究内容如下:（1）采用光学浮区法生长了 ScxGa0.7-xFe1.3O3（x=0.05,0.1,0.15）晶体,劳厄照片表明成功生长了 ScxGa0.7-xFe1.3O3单晶,摇摆曲线表明随着Sc含量的增加,晶体质量逐渐劣化。ScxGa0.7-xFe1.3O3（x=0.05,0.1,0.15）晶体的ICP分析表明单晶生长过程中存在Ga2O3的挥发,造成组分偏析。XRD衍射分析表明Sc0.15Ga0.55Fe1.3O3晶体中析出 Fe2O3杂相,Fullprof精修表明,ScxGa0.7-xFe1.3O3（x=0.05,0.1,0.15）单晶具有正交结构,且空间群为Pc21n,晶胞参数和晶胞体积随着Sc含量的增加而增大。ScxGa0.7-xFe1.3O3（x=0.05,0.1,0.15）晶体的磁性分析表明随着Sc含量的增加,晶体磁转变温度逐渐减小,而且在磁转变温度附近,晶体的磁化强度随温度几乎垂直下降。ScxGa0.7-xFe1.3O3（x=0.05,0.1,0.15）晶体的介电分析表明,介电损耗峰的出现可能与晶体内部相变有关,并且电导率随着Sc的增加先减后增。（2）采用光学浮区法生长了组分为 AlxSc0.1-xGa0.6Fe1.3O3（x=0.01,0.02,0.03,0.04）晶体,劳厄照片表明成功生长了单晶。晶体的ICP分析表明单晶生长过程中存在Fe2O3的挥发,而FESEM分析表明生长的单晶成分均一,并无明显化学剂量比偏析。晶体XRD衍射峰与GaFeO3的标准图谱吻合,无杂相产生;Fullprof精修分析表明生长的单晶是正交结构,空间群为Pc21n,晶胞参数和晶胞体积随着x（即Al含量）的增加而减小。对晶体 AlxSc0.1-xGa0.6Fe1.3O3（x=0.01,0.02,0.03,0.04）进行磁性分析,发现晶体磁转变温度（Tc）随Al3+含量增多而逐渐增大,且Tc值远高于室温,在5 K和300 K处,晶体均可观察到明显的磁滞回线。介电性能分析表明介电常数峰值随着Al3+含量的增加先增后减,并且所有样品都观察到了Debye-like的弛豫现象。
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