稀土掺杂对BiFeO_3电输运及高温磁性的调控研究.pdf

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5、f.ChangFanggaoJune,2016摘要多铁材料是指在某一定温度范围内同时具有铁电性、铁弹性和铁磁性等性质的材料，该材料在功能传感器、自旋器件等方面的潜在应用已经被广泛研究。BiFeO3是备受关注的多铁材料之一，它是一种扭曲的三角钙钛矿结构，属于R3C空间群，其尼尔温度TN＝643K，居里温度为Tc＝1103K，室温下表现出共存的铁电性和弱的反铁磁性以及磁电耦合效应。然而，BiFeO3材料存在较大的漏导电流，不可能测量到饱和的电滞回线和较大的剩余极化强度（Pr）值，严重阻碍该材料在电子器件及信息存储等

6、领域的广泛应用。针对漏导电流和较弱磁性这一关键性问题，科研工作者相继开展了掺杂替代的方法来改善BiFeO3的电输运、提高其铁磁特性，对BiFeO3材料在磁存储方面的实际应用也具有重要的意义。本文通过氧含量、稀土掺杂对BiFeO3电输运、介电、铁磁性及高温磁相变影响开展工作，重点围绕BiFeO3的铁磁特性及高温磁相变这一课题进行研究，其创新点在于发现氧含量与BiFeO3反铁磁结构之间的依赖关系、BiFeO3在878K存在磁性变这一的2+3+3+3+物理现象，并采用不同元素（Ca、Ho、Gd及Co）在不同位置（A位

7、或A和B位）进行掺杂，降低漏导电流，提高磁性，进一步证实BiFeO3在878K存在磁相变这一属性，总结出反铁磁超交换作用和G型反铁磁结构的稳定性是影响BiFeO3的TN，TM变化的两大因素这一结论。内容包括以下几个方面：（1）氧含量对BiFeO3的电输运、铁磁性及磁相变的影响。采用溶胶凝胶法制备不同氧含量的BiFeOδ（δ=2.67,2.95,3.02）样品，研究了氧含量对BiFeO3的晶体结构、电输运、铁磁特性及高温磁相变影响。从XRD图谱发现氧含量的变化没有改变BiFeO3的晶体结构。SEM微观形貌揭示Bi

8、FeO3晶粒尺寸随氧含量的3+2+增加而减小。XPS测量结果证明了Fe和Fe共存于BiFeOδ样品中，随着氧含量的增2+3+2+加，Fe逐渐减小，Fe/Fe的比例逐渐增大。在室温下，BiFeOδ样品的磁滞回线没有随着氧含量的变化而变化，呈现较弱的铁磁性，氧含量对其磁性影响不大。当δ=2.95，3.02时，样品的磁化强度在370℃处发生反铁磁结构相变，表现出典型的反铁磁特性，而当δ=2.