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同时具有磁性和铁电性的多铁性材料近年来受到了人们的广泛关注。在这类材料中除了磁有序和铁电有序共存之外,还存在着这两个序参量之间的相互耦合作用。在已发现的多铁性材料中,Bi基氧化物是目前研究的最多的一类多铁性材料。其中BiFeO3具有远高于室温的铁电相变温度和磁相变温度,并且具有很大的室温电极化,因而被认为是最有应用前景的多铁性材料之一。在本论文中,我们以Bi基氧化物为研究对象,详细探索了它们的结构、磁性、铁电性、介电性以及磁电之间的耦合效应等性质。具体内容如下:
1、采用固相反应法成功制备了Bi0.8Ca0.2Fe1-xMnxO3(0≤x≤0.5)系列样品。在x=0.2左右样品发生了一个从三方结构到正交结构的转变。x≤0.1时,样品的磁性和铁电性都随着掺杂量的增加而有所改善。
2、采用固相反应法制备了(1-x)BiFeO3-xBaMn03(0.2≤x≤0.5)固溶体和Bi1-xBaxFe0.9Mn0.1O3(0.2≤x≤0.5)系列样品。实验结果表明,随着掺杂量x的增加,两个体系的室温磁性都得到了增强。通过对Bi0.8Ba0.2Fe0.8Mn0.2O3固溶体的磁、电等性质的研究,表明这个体系中存在着本征的磁电耦合效应。
3、采用溶胶-凝胶法制备了Bi0.8/Ba0.2Fe0.8Mn0.2CoxO3(0≤x≤0.1)系列样品。当x=0.05时,样品的磁转变温度TC约为310K,TC以下样品表现出自旋玻璃行为,同时其室温磁性得到了显著的提高。实验结果表明,在B位引入三种磁性元素能有效地改善BiFeO3的室温磁性。
4、研究了(1-x)YCrO3-xBiFeO3(0≤x≤0.3)系列样品磁性、铁电以及介电等性质。实验发现,在YCrO3中掺杂10％的BiFeO3之后,其铁电转变温度提高了将近100K,而其磁转变温度TN基本保持不变,同时TN以下磁性有所减弱。
5、采用溶胶-凝胶法制备了Bi2Fe4-xMnxO9+δ(0≤x≤2.0)系列样品。实验结果表明,随着Mn掺杂量的增加,样品的室温铁电极化得到了增强,而磁转变温度逐渐向低温方向移动。另外,样品0≤x≤0.4在磁转变处存在着磁电耦合效应引起的介电异常。