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作为一种典型的单相多铁性材料,铋铁氧体(BiFeO3)具有钙钛矿结构,是少数在室温下同时具有铁电性和磁性的材料之一,室温下呈反铁磁有序(尼尔温度为673 K)和铁电有序(铁电居里温度为1103 K)。BiFeO3剩余极化值Pr可达到90μC/cm2,接近强铁电材料锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3)的性能,成为无铅铁电材料的重要候选材料之一。因而,BiFeO3在新型存储器件,自旋电子器件方面都有着广泛的应用前景并受到了广泛的关注。 目前,尽管通过解决BiFeO3薄膜的漏导获得了大的剩余极化,其室温下弱的磁性却没有得到大的改善,离应用还有差距。因此如何增强BiFeO3的磁性是目前需要解决的最主要的问题。另一方面,BiFeO3中Fe容易出现变价,导致漏导增加,也影响其本身的磁性质。 因此如何获得具有纯相BiFeO3也很重要。此外,人们在具有长波长反铁磁(AF)有序的稀土锰氧化物GdMnO3中也发现了磁性有序与铁电有序共存,它是另外一种新型的磁电耦合材料。考虑到这两种体系在未来的微型器件领域的应用,如何合成低维纳米尺度的样品及与之关联的物性研究显得非常迫切。 本文的主要研究内容和结果摘要如下: 1.采用溶胶—凝胶法制备了Bi0.9-xGdxLa0.1FeO3(x=0.3,0.5,0.6和0.7)样品,研究了这一体系的晶体结构,红外、磁化强度和超声等性质。实验结果发现,在磁化曲线M—T上出现了负磁矩现象,并且在温度补偿点附近矫顽力达到了最大值。我们对这一现象进行了深入的研究。 研究表明体系存在两种磁晶格:Fe3+离子磁晶格与Gd3+离子磁晶格,这两种磁晶格之间通过反铁磁耦合;因为两种磁晶格的净磁矩MFe和MGd大小不相等,而方向相反,形成了亚铁磁性。 2.把模板法的优点和简单的溶胶—凝胶工艺结合起来,在纳米氧化铝模板孔洞中成功地制备了大面积、高填充率、致密的BiFeO3的有序纳米管阵列。这一结果被场发射电子扫描电子显微镜(FE-SEM),透射电子显微镜(TEM)以及选区电子衍射(SAED)所证实。同时对其磁特性进行研究,结果表明,BiFeO3纳米管体系中存在超顺磁性和铁磁性,这在以前的实验里都没有报道过。