多铁性Eu0.5Ba0.5TiO3薄膜物性研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hefang1986
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多铁性材料是指同时具有两种或两种以上基本铁序的材料,而且这些铁序之间直接或间接的耦合能够产生新的功能。从基础研究和应用角度来说,具有铁磁-铁电序共存的多铁性材料更具有吸引力,而且其实际应用的可能性更高。但是,由于铁磁序与铁电序之间天生的互斥性导致自然界中铁磁-铁电序共存的多铁性材料很少。然而,反铁磁-铁电序共存的多铁性材料在自然界中却很常见。因此,本论文以反铁磁-铁电序共存的多铁性材料—Eu0.5Ba0.5TiO3为研究对象,以实现铁磁-铁电序共存和磁电耦合为目的,分别利用氧空位和应变两种实验方法对 Eu0.5Ba0.5TiO3展开系统的研究,主要内容可以归纳为以下两个方面:  1.制备(001)取向的Eu0.5Ba0.5TiO3-δ薄膜,通过对薄膜原位生长氧压的调控以及高温后退火处理,实现氧空位的引入以及其含量的改变。  研究发现:  (1)Eu0.5Ba0.5TiO3-δ薄膜由块材反铁磁-铁电序转变为铁磁-铁电序,且当氧空位含量较高时(例如:δ>0.04),薄膜铁电居里温度被提高至室温以上;  (2)在铁磁-铁电序共存的温度区间,观察到了磁介电耦合效应;  (3)利用第一性原理密度泛函理论和高分辨率扫描透射电子显微镜研究了Eu0.5Ba0.5TiO3-δ薄膜中铁序调控的物理机制。总的来说,(1)氧空位的引入导致薄膜中部分 Ti4+离子转变为Ti3+离子,Ti3+离子电子会发生自旋极化,通过Ti3+离子电子的自旋极化调制了Eu4f电子自旋的交换作用,进而导致薄膜呈现出铁磁性;(2)氧空位的引入导致薄膜中Ti离子位移的增加,通过对Ti离子位移的调控进而提高了薄膜铁电居里温度。  2.制备(001)取向的(Eu0.5Ba0.5TiO3)0.5:(MgO)0.5纳米复合薄膜,研究了垂直应变对复合薄膜物理性质的调控。  研究发现:  (1)复合薄膜在垂直方向上具有有序的结构,Eu0.5Ba0.5TiO3和MgO两相分离形成基体-纳米柱。其中,Eu0.5Ba0.5TiO3相是基体,MgO相是纳米柱,且纳米柱的直径约为5 nm;  (2)由于Eu0.5Ba0.5TiO3和MgO两相晶格常数的失配,在垂直方向上,Eu0.5Ba0.5TiO3相受到+2.62%的张应变,从而由块材反铁磁-铁电序转变为铁磁-铁电序。其中,铁磁居里温度约为2.5 K,铁电居里温度约为330 K。
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