【摘 要】
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Pb（Mg1/3Ta2/3）O3-PbTiO3（PMT-PT）弛豫铁电晶体由于其具有非常优异的电学性能,近年来吸引研究者们广泛研究。基于其特有的机电转换效应,使PMT-PT晶体成为制动器、换能器、传感器等多种电子器件的潜在应用材料,但是其居里温度（Tc～48℃）和矫顽场（Ec～5.3 kV/cm）较低,不适合在高温环境和大功率环境使用,弱的光学性能也限制了其在光学器件上的应用。本文引入稀土离子Er
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号:51772235）；
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Pb（Mg1/3Ta2/3）O3-PbTiO3（PMT-PT）弛豫铁电晶体由于其具有非常优异的电学性能,近年来吸引研究者们广泛研究。基于其特有的机电转换效应,使PMT-PT晶体成为制动器、换能器、传感器等多种电子器件的潜在应用材料,但是其居里温度（Tc～48℃）和矫顽场（Ec～5.3 kV/cm）较低,不适合在高温环境和大功率环境使用,弱的光学性能也限制了其在光学器件上的应用。本文引入稀土离子Er3+、Yb3+进入PMT-PT晶体,提高了晶体的电学性能并且使其具有发光性能,研究了晶体的相结构、宏观和微观结构以及光致发光特性。采用高温溶液法生长了 PMT-38PT,PMT-38PT:Er,PMT-49PT 和 PMT-49PT:Er/Yb 等四种组分的晶体,经过X射线衍射测试得出所生长的四种晶体的相结构均为纯钙钛矿结构,并且稀土离子Er3+和Yb3+扩散到PMT-PT晶体晶格中,使得晶体拥有发光性能。扫描电镜表明晶体的生长方式为层状生长。对晶体的电学性能测试,表明PMT-38PT的压电常数为220-260 pC/N,介电常数为12254。晶体的电滞回线在-70℃条件下,测试得到矫顽场Ec和剩余极化强度Pr分别为9.8 kV/cm,Pr值为25 μC/cm2。晶体的居里温度为52℃。将稀土离子Er3+掺入PMT-38PT中发现,晶体的居里温度稍有降低Tc=48℃,介室温电常数减小为10975,但压电常数和矫顽场增加,分别为d33=300-420 pC/N和Ec=14.34 kV/cm。晶体在980 nm波长激光激发下,发出绿光和红光,对应能级2H1/2,4S3/2和4F9/2跃迁至基态能级4115/2。PMT-38PT:Er晶体的平均寿命为 45.89 μs。性能测试表明,PT含量的增加显著降低了晶体的介电常数,PMT-49PT和PMT-49PT:Er/Yb晶体室温介电常数分别为5196.9,4327.31。但压电常数和居里温度显著增加,最大压电常数为d33～823 pC/N,居里温度Tc分别为101.2和107.5℃。PMT-49PT:Er/Yb晶体在30 kV/cm的电场作用下,温度为-50℃时,晶体矫顽场为8.48 kV/cm,剩余极化强度为20.88μC/cm2。室温条件下在25 kV/cm极化电场作用下,矫顽场为6.19 kV/cm,剩余极化强度为18.32 μC/cm2。在980 nm激光激发下,PMT-49PT:Er/Yb晶体在563 nm处发射峰最强,表现出强的光致发光性能。PMT-49PT:Er/Yb晶体的发光平均寿命为60.47 μs。PMT-PT优异的低温性能,为材料在低温环境下的应用开辟一种可能,稀土离子的掺杂使晶体具有强的光致发光性能,为在光学器件上的应用以及光电耦合的研究提供可能。
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