多鐵性稀土鈦酸鹽R2Ti2O7的介電性能研究.pdf

1、稀土鈦酸鹽R2Ti2O7(R為稀土元素)是一類具有豐富的物理性質(zhì)和應(yīng)用前景的材料，引起很多科研工作者的興趣。通常，R2Ti2O7有兩種結(jié)構(gòu)，當(dāng)R3+為較小稀土離子(R3+=Sm3+-Lu3+)時(shí)為燒綠石(pyrochlore)結(jié)構(gòu)，當(dāng)R3+為較大稀土離子(R3+=La3+-Nd3+)時(shí)為單斜(monoclinic)結(jié)構(gòu)。燒綠石型R2Ti2O7材料通常會(huì)出現(xiàn)奇異的磁狀態(tài)，包括自旋液體和自旋冰，是因?yàn)槠渚哂袔缀巫璐?，再加之晶體場(chǎng)、磁交換以及

2、磁偶極間的相互作用。單斜結(jié)構(gòu)的R2Ti2O7通常具有較高的居里溫度，對(duì)它們的鐵電性、光催化等性質(zhì)研究較多。但是近些年，很多研究者開(kāi)始關(guān)注R2Ti2O7的介電性和多鐵性。從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，介電性能作為多鐵性材料的重要性質(zhì)之一，一直以來(lái)被廣泛研究。本文以單斜結(jié)構(gòu)的La2Ti2O7和燒綠石結(jié)構(gòu)的Dy2Ti2O7為研究對(duì)象，用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備陶瓷樣品，分別對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的介電性能研究，得到以下結(jié)果：
　　(1)在較寬溫度范圍(113-10

3、73 K)和頻率范圍(100 Hz-1 MHz)，對(duì)La2Ti2O7陶瓷介電性能進(jìn)行了研究。在250 K以下，La2Ti2O7陶瓷樣品表現(xiàn)為內(nèi)部本征的介電響應(yīng)，介電常數(shù)約為57。在250 K以上，觀測(cè)到三個(gè)熱激活弛豫。低溫弛豫R1激活能為0.38 eV，是由空穴跳躍運(yùn)動(dòng)引起的極化子弛豫。高溫弛豫R2和R3與電導(dǎo)過(guò)程有關(guān)，分別由氧空位的一次電離和二次電離引起。
　　(2)在極寬溫度范圍(4-973K)和較寬頻率范圍(100 Hz-1

4、 MHz)，系統(tǒng)研究了Dy2Ti2O7陶瓷的介電性能。低溫(低至4 K)介電測(cè)試和拉曼結(jié)果，都表明Dy2Ti2O7樣品中有先兆性鐵電特性。此外，在450 K以上，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)弛豫。我們的分析結(jié)果表明它們是電導(dǎo)弛豫，分別與一次電離和二次電離的氧空位有關(guān)。
　　總結(jié)來(lái)說(shuō)，多鐵性稀土鈦酸鹽La2Ti2O7和Dy2Ti2O7在低溫區(qū)基本為內(nèi)部本征的介電響應(yīng)，而在較高溫大約450K以上，便會(huì)出現(xiàn)氧空位相關(guān)的電導(dǎo)行為。因此，氧空位應(yīng)該是影響稀土鈦