BiFeO3的制備及其磁電性能研究.pdf

1、多鐵性材料由于鐵磁和鐵電的共存，能夠通過電場控制磁性或者通過磁場控制鐵電性（磁電調(diào)控），引起了人們廣泛的關(guān)注。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的單相多鐵材料很少，原因是材料中的鐵磁性和鐵電性對外層電子結(jié)構(gòu)的要求是相互排斥的，這也造成了室溫條件下的單相多鐵性材料尤為珍貴。BiFeO3是目前僅有的一種具有室溫以上的鐵電居里溫度(～830℃)和反鐵磁奈爾溫度(～370℃)的單相多鐵性材料，其電與磁的特性及其相互耦合就成為了研究的關(guān)注點。
　　由于Bi

2、FeO3的宏觀磁矩很弱（反鐵磁性），應(yīng)用在自旋電子學(xué)器件中通常作為反鐵磁釘扎層，利用其與鐵磁層之間的交換耦合效應(yīng)制備相應(yīng)的電子器件。所以，BiFeO3薄膜的鐵電性能和其與鐵磁薄膜的交換偏置效應(yīng)引起人們廣泛的關(guān)注。因為制備BiFeO3薄膜的過程中Bi的揮發(fā)會產(chǎn)生氧空位和Fe價態(tài)的波動，導(dǎo)致其具有較大的漏電流，所以在制備樣品中必須有效控制漏電流，保證樣品的絕緣性良好;其次，要想實現(xiàn)磁電相互調(diào)控，在保證交換偏置場的同時，BiFeO3薄膜需要具

3、有良好的鐵電性。
　　本論文主要圍繞BiFeO3陶瓷和薄膜材料開展了以下幾個方面的工作:
　　1、摸索了利用脈沖激光沉積(PLD)制備BiFeO3薄膜的工藝。通過實驗參數(shù)的優(yōu)化，得到了制備純相BiFeO3薄膜的最佳工藝:襯底溫度:750℃，氧壓:2Pa，激光能量:360mJ，頻率:10Hz，靶基距:5cm;
　　2、利用PLD在(001)SrTiO3襯底上制備了不同Bi含量的BixFeO3薄膜以及不同Li摻雜的Bi1-

4、y LiyFeO3單晶薄膜，在結(jié)構(gòu)、鐵電、磁性、疲勞等方面進行了系統(tǒng)的研究，在保證樣品具有良好鐵電性和交換偏置效應(yīng)的同時，制備工藝具有可重復(fù)性。得到如下
　　結(jié)論:
　　(1)XRD分析表明，當(dāng)樣品中的Bi含量超過1.05時，就會出現(xiàn)Bi2O3雜相，這與SEM圖像中的島狀結(jié)構(gòu)相符合;
　　(2)在0.9≤Bi≤1.2時，樣品的電滯回線具有良好的形狀，但是高于或者低于這個范圍時，樣品的回線開始變形;Bi含量的變化對漏電流

5、沒有明顯的影響;
　　(3)在3％濃度的Li摻雜時，對樣品鐵電性能改善效果最為顯著，而且此時漏電流最低，這歸因于樣品中P型Li摻雜對n型缺陷的中和作用;
　　(4)BiFeO3薄膜的抗疲勞特性通過3％Li的摻雜有所改善，但不明顯;
　　(5)Bi和Li含量的變化對于交換偏置場大小沒有明顯的影響，可以用于后期的磁電調(diào)控實驗。
　　3、研究了0.8BiFeO3-0.2(Na0.5Bi0.5TiO3)(BFO-NBT)

6、和0.8Bi0.95La0.05FeO3-0.2NBT(BLFO-NBT)陶瓷塊材的磁電耦合效應(yīng)。利用溶膠凝膠法制備了BFO-NBT和BLFO-NBT樣品，都得到了明顯的磁滯回線。樣品BFO-NBT的磁性在加電場極化之后受到明顯的抑制（在60kOe磁場時，從0.726emu/g下降為0.282emu/g），但是同樣的處理對BLFO-NBT樣品的磁性卻幾乎沒有影響。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，極化后磁性削弱并不是磁矩在電場下重新取向的原因，而是由氧空位