磁性弛豫鐵電材料CdCr2S4及其摻雜的磁熵特性研究.pdf

1、磁性弛豫鐵電材料是指在一定的溫度范圍內(nèi)同時具有弛豫鐵電和鐵磁(反鐵磁)序的材料。由于不同鐵性之間的相互耦合而產(chǎn)生新的功能，例如磁電耦合效應，即材料在外磁場作用下產(chǎn)生電極化，或者在外電場作用下產(chǎn)生磁極化的特性，從而可能實現(xiàn)鐵電性和磁性的相互調(diào)控。實驗上已經(jīng)證實磁性弛豫鐵電材料由于內(nèi)稟的磁電耦合能夠?qū)е虏牧系膬?yōu)良的物理特性，如巨磁電容效應、龐磁電阻效應和巨磁光科爾效應。此外，最近有文獻報道稱它具有較大的磁熵特性，使得其在磁冷卻技術方面有很廣

2、闊的應用前景。所謂磁(電)熵效應是指改變施加在磁性(鐵電)材料上磁(電)場的大小而引起磁性(鐵電)材料自身溫度的變化。自從在Gd5Si2Ge2合金中發(fā)現(xiàn)了巨磁熵效應和在PbZr0.95Ti0.05TiO3鐵電薄膜中發(fā)現(xiàn)了巨電熵效應，磁(電)熵特性的研究成為材料科學研究者的熱點課題。然而大部分工作只關注于傳統(tǒng)的鐵磁體和鐵電體。由于多鐵性材料中既有磁極化又有電極化，外加磁場既改變了磁極化又通過磁電耦合效應改變了電極化，因此多鐵性材料中的磁致

3、熵變問題是一個更加值得關注的問題。目前僅有實驗報道了有關多晶BiFeO3陶瓷材料中的磁熵效應和尖晶石結構CdCr2S4具有大磁熵效應，而相關理論研究還未見有報道。因此對磁性弛豫鐵電材料的磁熵特性的研究，不僅在理論上具有重要的學術價值，而且在工業(yè)上有廣闊的應用前景，是材料物理、凝聚態(tài)物理和微電子研究領域中的前沿課題。
　　 我們的工作就是研究磁性弛豫鐵電材料的絕熱溫度的改變(△Tad)和等溫熵變(ASiso)。我們的研究結果如下：

4、
　　 1.磁性弛豫鐵電材料的磁熵效應研究。
　　 本文提出合理的理論模型來研究磁性弛豫鐵電材料的磁熵效應。本文將CdCr2S4分為弛豫鐵電子系統(tǒng)和磁子系統(tǒng)，分別運用球形無規(guī)鍵.無規(guī)場模型(sphericalrandom-bond-random-field model，簡稱SRBRF模型)和海森堡模型(Heisenberg模型)來描述這兩個子系統(tǒng)，并且考慮了兩個子系統(tǒng)之間的耦合相互作用，研究了外加磁場及溫度對磁性弛豫鐵電

5、材料CdCr2S4的磁熵變化及絕熱溫度差的改變。研究表明磁熵變化及絕熱溫度差都在磁相變溫度附近具有最大值，我們的理論研究結果很好地解釋了實驗現(xiàn)象。
　　 2.摻雜對磁性弛豫鐵電材料的熵變特性研究。
　　 摻雜可以改變材料的多重鐵性，實驗上觀測到了摻雜磁性離子如Fe2+離子，可以改變磁性弛豫鐵電材料的磁相變溫度，而且在磁相變溫度附近可以獲得較大的熵變值，這就激發(fā)了我們對摻雜的磁性弛豫鐵電材料熵變特性的研究。摻雜會改變材料的

6、自旋磁矩，那么必定會對材料的磁電耦合強度有影響。我們從摻雜的磁性弛豫鐵電材料Cd1-xFexCr2S4出發(fā)，基于SRBRF模型和海森堡模型，并且采用座稀疏模型來描述摻雜效應，研究了不同F(xiàn)e2+離子濃度摻雜對材料在磁相變溫度附近的熵變的影響，通過計算等溫熵變及絕熱溫度差，我們發(fā)現(xiàn)理論研究結果能很好地解釋實驗現(xiàn)象。模擬的結果表明，摻雜可以改變材料的熵變效應，因此可以通過摻雜不同的磁性離子可以提高材料最大熵變值所對應的溫度，有利于開發(fā)室溫條件