ABO2-AB1-xB′xO3多鐵材料磁電及其耦合性能的研究.pdf

1、銅鐵礦結(jié)構(gòu)ABO2和稀土鉻氧化物AB1-xB'xO3型化合物均是典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系。其中存在自旋、晶格、電荷、軌道等多種耦合相互作用，從而具有磁相變、磁電耦合效應(yīng)、磁致伸縮、磁介電效應(yīng)等豐富的物理現(xiàn)象。溫度、外加磁場(chǎng)和離子替換等因素都能直接影響自旋、電荷、晶格之間的相互作用，從而改變物質(zhì)的磁電物理特性。因此，我們可以通過(guò)離子替換和強(qiáng)磁場(chǎng)等手段來(lái)研究該類(lèi)材料的磁性和電性質(zhì)。本論文選擇CuFeO2和YFe0.5Cr0.5O3為研究對(duì)象，詳

2、細(xì)探討了摻雜對(duì)六角及正交結(jié)構(gòu)化合物磁性和電性質(zhì)及其耦合性能的影響。論文研究?jī)?nèi)容如下：
　　一、簡(jiǎn)單介紹了多鐵性材料 CuFeO2的磁性受挫及其自旋晶格耦合的物理性質(zhì)。分別從研究背景、晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)、比熱特性和磁電耦合等來(lái)介紹CuFeO2的磁電物理性能。此外還介紹了幾種稀土鉻氧化物磁特性的研究進(jìn)展。
　　二、利用光學(xué)浮區(qū)法制備了三角晶格反鐵磁體CuFeO2及其B位摻雜的單晶樣品。探究溶膠凝膠法制備正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)YFe0.5C

3、r0.5O3多晶樣品的工藝條件，并成功制備了YFe0.5Cr0.5O3及其A位摻雜系列樣品。研制并介紹了脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下的磁化和電極化測(cè)量系統(tǒng)。
　　三、詳細(xì)研究了三角晶格反鐵磁體CuFeO2單晶在穩(wěn)恒場(chǎng)和脈沖場(chǎng)下的的磁性質(zhì)，并得到該體系完整的磁相圖。研究表明CuFeO2單晶樣品存在磁晶各向異性。由于該體系磁受挫和自旋晶格耦合作用，使其在隨磁場(chǎng)變化過(guò)程中經(jīng)歷了連續(xù)的臺(tái)階式的磁相變，并且在72.8 T磁場(chǎng)處首次觀察到了該樣品的飽和磁

4、化平臺(tái)。我們還研究了CuFeO2單晶的磁電耦合性質(zhì)，結(jié)果表明只在非公度非共線的鐵電相內(nèi)出現(xiàn)磁場(chǎng)誘導(dǎo)的電極化，此電極化行為受溫度和磁場(chǎng)掃場(chǎng)速率的調(diào)控。在外加電場(chǎng)下進(jìn)行磁化測(cè)量，結(jié)果進(jìn)一步證明了在非公度非共線態(tài)的磁電耦合效應(yīng)。CuFeO2單晶應(yīng)力隨溫度的變化說(shuō)明該系統(tǒng)內(nèi)存在較強(qiáng)的自旋晶格耦合作用。
　　四、研究了 B位 Ga摻雜的CuFe1-xGaxO2單晶的磁化特性和磁電耦合效應(yīng)。當(dāng)Ga摻雜濃度小于0.05時(shí)，觀察到連續(xù)的臺(tái)階式的磁

5、相變行為，在此范圍內(nèi)隨著摻雜濃度的增加，磁相變行為越來(lái)越弱。這是由于Ga離子的引入破壞了Fe離子層內(nèi)和層間的反鐵磁相互作用，減弱了系統(tǒng)的自旋受挫。當(dāng)摻雜濃度大于0.08時(shí)，系統(tǒng)磁相變和各向異性行為消失。少量Ga的引入使系統(tǒng)在低場(chǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)四子晶格相和鐵電相共存，從而提高了該體系自發(fā)的電極化性能。
　　五、研究了正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)YFe0.5Cr0.5O3化合物的反常磁化特性和低溫介電響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0.01 T磁場(chǎng)下溫度小于24

6、4 K時(shí)，YFe0.5Cr0.5O3多晶的磁化強(qiáng)度為負(fù)值，隨著溫度的降低磁化強(qiáng)度逐漸減小。該體系中存在與自旋重取向和Maxwell-Wagner效應(yīng)有關(guān)的介電弛豫。在反鐵磁有序的溫度附近其介電常數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的變化，即YFe0.5Cr0.5O3體系中存在磁介電效應(yīng)。
　　六、研究了A位稀土離子摻雜對(duì)YFe0.5Cr0.5O3化合物的磁性和介電性質(zhì)的影響。當(dāng)Ho離子摻雜量x=0.05時(shí)，分別在239 K和48 K處觀察到磁化反轉(zhuǎn)，這是