多铁锆钛酸铅基功能陶瓷材料磁电耦合性质的研究

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在多铁材料领域的研究中,实现磁电耦合效应一直是研究者研究的热点方向,合成同时具有大的磁性和铁电性的材料是多铁研究领域的巨大挑战。对未来的低能耗自旋电子学器件,例如电写磁读存储器等,制备出铁电-铁磁相互调控的多铁性材料和探究出其磁电耦合的机制具有重要意义。在近年的研究中,已经提出了很多磁电耦合的机制,包括交换耦合效应、自铁电-反铁磁衬底的交换偏置效应、多铁界面的电荷积累或耗尽和从铁电层到铁磁层的相互传递的应变效应。其中应变效应诱导的磁电耦合效应是其中最具有潜力的一种,因为它来源于室温下铁电和铁磁界面处的强耦合,能够在多铁材料中通过电激励产生较大的磁效应,同时通过施加磁场改变材料的电性能。然而,在室温下同时具有良好铁电性和大的铁磁性的材料仍在研发中。本文选取了室温下具有铁电-反铁电相变的铁电体系(PLNZST、PLZT)和室温下具有强铁磁性的钡铁氧体(BaFe12O19),进行不同材料间的掺杂实验。通过调节烧结温度和组成来提高材料室温下的自发极化强度和磁学性能,以期制备出具有强磁电耦合的多铁性材料。实验主要的研究体系为PLNZST+BaFe12O19和PLZT+BaFe12O19系列陶瓷,论文中对陶瓷制备过程和电性能等进行了相关测试和表征:(1)采用高温固相法制备了Pb0.935La0.04(Nb0.01Zr0.45Sn0.36Ti0.18)O3+0.39wt%Nb2O5(PLNZST)与BaFe12O19共掺杂的系列陶瓷材料,研究了不同BaFe12O19掺杂量和不同烧结温度对材料的铁磁性以及铁电性的影响。实验结果表明,所制备的PLNZST+x%BaFe12O19(x=1,2,3)系列陶瓷在室温下同时表现出良好铁磁性和铁电性,随着BFO掺杂量的增多,样品的铁磁性增强,但铁电性减弱。其中,当x=1时,样品的剩余磁化强度最大,Mr=0.70emu/g。样品表现出较好的磁电耦合性能。(2)采用高温固相法制备了Pb0.935La0.04(Zr70Ti30)O3(PLZT)与BaFe12O19共掺杂的系列陶瓷样品,研究了不同BaFe12O19掺杂量对材料的铁磁性以及铁电性的影响。实验结果表明,所制备的PLZT+x%BaFe12O19(x=1,3,10)系列陶瓷在室温下同时表现出良好铁磁性和一定的铁电性。随着x的增大,样品的铁磁性增强,铁电性减弱甚至消失。所以当掺杂量为1%时,样品表现出较大的铁磁性和一定的铁电性,剩余磁化强度Mr=0.30emu/g。另外,PLZT+BaFe12O19陶瓷在磁场下时和未加磁场时测试的的相对介电常数具有明显的变化规律。对样品施加磁场和不加磁场时分别测试相对介电常数,发现明显变化,具有良好磁电耦合效应。
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