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本论文开展了铋系钙钛矿结构铁电磁体BiMO3(M=Cr, Mn,Mn1-xCrx)的高压合成和物性研究。具体内容如下:
(一)采用简单金属氧化物为原料,借助高压固态反应制备了钙钛矿结构的铁电磁体BiMnO3,并研究了其磁电性能。直流磁化率测量结合磁滞加迴线表明样品具有铁磁性,居里温度Tc~105 K。首次报导了BiMnO3室温以上的介温谱,介电常数(电容率)测量表明样品具有不同于常规铁电体和弛豫铁电体的异常介电行为。首次报导了BiMnO3的室温电滞迴线,证明样品具有非常规铁电性,其铁电性起源有待进一步证实,比如电子学相变。
(二)在10~720 K的温度范围内对BiMnO3进行了变温中子粉末衍射研究。在其铁磁居里温度Tc以下,观察到由于自发磁化出现而引起的磁性布拉格反射(-311)m和(-113)m,精修得到Mn3+的磁矩为3.267μB(10 K)。通过对衍射数据的精修,认为BiMnO3在450 K发生的结构相变是两个C2单斜相之间的相变,对应于铁电一铁电相变而不是铁电-顺电相变。
(三)对得到的高纯BiMnO3样品进行了透射电子显微镜研究,电子衍射结合高分辨电子显微成像发现了样品中由电子束辐照引起的超结构演变。电子能量损失谱结合能量色散X射线谱研究表明,这种新的超结构是一种有序氧缺位的调制相。
(四)首次用高压手段合成了固溶体BiMn1-xCrxO3(0≤x<1)并研究了其磁电性能。介温谱测量表明样品具有弛豫铁电性,场冷和零场冷直流磁化率测量结果表明样品是一种自旋玻璃。可以预言,在自旋玻璃冻结温度以下,样品可能同时具有弛豫铁电性和自旋玻璃磁性。