釔鐵石榴石基鐵氧體的磁特性與磁電耦合效應(yīng)研究.pdf

1、近二十年以來，通訊領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)取得了迅猛發(fā)展。對于通訊器件小型化、多功能化、集成化的需求日趨迫切。因此，多鐵性材料由于其自身獨(dú)特的磁電耦合特性，及其可預(yù)期的“磁-電”雙調(diào)諧應(yīng)用受到了研究者的高度關(guān)注。在本論文中，我們主要就釔鐵石榴石（Yttrium Iron Garnet, YIG）鐵氧體中的李希特磁后效；“0-3”型釔鐵石榴石微米同質(zhì)復(fù)合與納米異質(zhì)復(fù)合材料中的磁電耦合效應(yīng)；釔鐵石榴石基鐵氧體在甚高頻（VHF）頻段中的磁介電效應(yīng)；釔鐵石

2、榴石基鐵氧體在C波段與S波段中的共振型磁介電效應(yīng)四個方面展開了詳細(xì)的機(jī)理研究。主要內(nèi)容如下：
　　首先，本文探究了室溫下鋯、鈰摻雜的釔鐵石榴石（Zr-YIG, Ce-YIG）在1 MHz至1 GHz的復(fù)磁導(dǎo)率頻率響應(yīng)特性，首次從頻率響應(yīng)的角度驗(yàn)證了室溫下釔鐵石榴石鐵氧體中高頻李希特后效的存在。同時(shí)系統(tǒng)地研究了上述材料在交變磁場中的磁化過程，通過合理的磁譜擬合計(jì)算揭示了高頻李希特后效與已知的磁疇壁位移（Domain wall mot

3、ion）與疇壁自然共振（Spin rotation）兩種機(jī)制的關(guān)系。
　　其次，本文詳細(xì)研究了基于微波旋磁鐵氧體YIG的微米同質(zhì)復(fù)合與納米異質(zhì)復(fù)合材料的基本物性及其相關(guān)磁電耦合效應(yīng)。通過固相反應(yīng)法將YIG與新型室溫多鐵材料YFeO3（YIP）進(jìn)行復(fù)合，制備成“0-3型”(1-x)YIG-xYIP微米同質(zhì)復(fù)合磁電材料（其中x代表 YIP相所占的摩爾比例），其室溫下最大磁電耦合系數(shù)為10.648 mV/cm-Oe（x=0.3）。另一方

4、面，采用溶膠—凝膠法將納米 BaTiO3（BTO）均勻分散到微米級YIG體系中，制備了(1-x)YIG-xBTO納米異質(zhì)復(fù)合磁電材料（其中x為BTO相所占的體積分?jǐn)?shù)）。利用納米BTO自身的高比表面積，使YIG-BTO納米異質(zhì)復(fù)合磁電材料在較低的納米BTO含量下（x=0.25）即可獲得相對較大的逆磁電耦合效應(yīng)，并有效地降低了復(fù)合材料體系在微波頻段的介電損耗。
　　再次，本文還研究了錫摻雜釔鐵石榴石（Sn-YIG）的晶體結(jié)構(gòu)、元素價(jià)態(tài)

5、、靜態(tài)磁特性以及其在甚高頻段（10 MHz至300 MHz）中的磁介電效應(yīng)等方面內(nèi)容，深入分析了Sn-YIG鐵氧體中Fe2+-Fe3+偶極子重取向所導(dǎo)致的內(nèi)秉磁介電效應(yīng)與磁阻效應(yīng)和“麥克斯韋—瓦格納”效應(yīng)兩者共同作用所導(dǎo)致的外秉磁介電效應(yīng)間的深層次關(guān)系以及Sn4+離子對上述效應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)制。
　　最后，本文以鈰、鐿摻雜的釔鐵石榴石（Ce-YIG, Yb-YIG）為研究目標(biāo)，在C波段及 S波段中首次觀測到了顯著的室溫共振型微波磁介電效

6、應(yīng)。結(jié)果表明，Ce-YIG與Yb-YIG在直流磁場與微波磁場的共同作用下，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的鐵磁共振現(xiàn)象與介電共振行為。研究發(fā)現(xiàn)，材料體系中 Fe位電子波動和非一致進(jìn)動自旋波與電子間的相互作用是導(dǎo)致Ce-YIG與Yb-YIG鐵氧體中出現(xiàn)室溫下共振型微波磁介電效應(yīng)的主要因素。另一方面我們深入研究了鐵磁共振現(xiàn)象與微波磁介電效應(yīng)間的能量交換過程，總結(jié)了十二面體位上不同摻雜離子對釔鐵石榴石鐵氧體中共振型微波磁介電效應(yīng)的具體影響規(guī)律。
　　綜上所