掺杂多铁材料YMnO3的磁性和结构的研究.pdf

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1、摘要学校代码：10286分类号：O469密级：公开UDC：53学号：151612掺杂多铁材料YMnO3的磁性和结构的研究研究生姓名：冯连森导师姓名：李旗申请学位类别理学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称物理学论文答辩日期2018年6月1日二级学科名称凝聚态物理学位授予日期2018年月日答辩委员会主席董帅评阅人杜军徐庆宇2018年6月5日硕士学位论文掺杂多铁材料YMnO3的磁性和结构的研究专业名称：物理学研究生姓名：冯连森导师姓名：李旗MAGNETICANDSTRUCTURESTUDIESOFDOPEDMULTIFERROICYMnO3BYFeng

2、LiansenSupervisedbyProf.LiQiDepartmentofPhysicsSoutheastUniversity2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究

3、所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要多铁性材料因为其同时具有铁电性和铁磁性等性质而引起了巨大的关注。六方RMnO3(R=Y,Yb,Ho,Lu,Sc)是一个潜在的单相多铁性材料，这种材料中铁电性和反铁磁性共存，而近年来备受关注。

4、它在数据存储、电容、传感器等多功能器件中有着巨大的应用潜力。六方YMnO3的空间群为P63cm，其铁电转变温度约为914K，反铁磁转变温度约为75K。在YMnO3+3中，Mn离子位于MnO5三角双锥的体心位置，和顶角的氧离子与三角双锥平面上的氧离子距离不同。而多铁材料对应用的一个重要的要求就是在室温下具备磁有序及耦合作用。所以，提高材料的反铁磁转变温度是现在研究YMnO3材料的关键所在。为了改善其磁性能，掺杂改性是一种非常重要的方法。在该材料的性能变化的原因是非常复杂的，并没有一个最终的结论。例如，在B位掺杂Fe元素之后的YMn1-xFexO3化合

5、物，在低浓度掺杂时，晶格结构和空间群都不会发生改变。但是晶格常数会有所变大，研究者认为可能是因为掺杂Fe元素导致了Y离子层的弯曲而且同时导致了MnO5的倾斜角度增大。Mn-O键长变长，体系存在着铁磁和反铁磁的相互作用。而Cr元素的掺杂的YMn1-xCrxO3化合物，测量发现其铁磁转变温度增加，归因于Cr3+和Mn3+之间的双交换作用增强等。目前的掺杂方法大部分是掺杂磁性离子，但是YMnO3材料性质的改变原因是非常复杂的，目前还没有一个定论，需要更多的研究来做出更详细的解释，而考虑到非磁性离子掺杂对Mn3+-Mn3+之间的磁相互作用影响比较小，而且非

6、磁性离子掺杂的磁性和电子结构的研究相对较少。根据这些现状，本论文主要以六方YMnO3这个具有代表意义的材料当作研究对象，主要研究Al3+离子掺杂对YMnO3晶体结构、磁性结构、及电子结构等的影响。我们的研究将利用XRD、同步辐射X射线吸收谱等数据，从晶格局域结构及电子轨道杂化方面来研究Al3+离子掺杂对YMnO3的磁电性能的影响，探索影响机制。第一章，文章中首先简要介绍了多铁性材料的研究历史，并对多铁性材料的晶体结构、磁性结构、内部交换作用等基本性质做了简单的分析说明。其后对文中所应用到的理论进行了简要的说明。其中主要对六方YMnO3多铁性材料的相

7、关性质做了分析介绍。I摘要第二章，首先介绍了本文所研究的多晶材料的实验制备方法，材料制作采用了溶胶-凝胶法。接着对实验研究中所用到的X射线衍射晶体结构分析技术、扫描电子显微镜SEM、铁电分析仪、磁性测量、X射线吸收实验原理做出详细的说明介绍。最后也对文中所用到的分析软件GSAS做了简单的说明。第三章，为了研究Al3+离子掺杂对YMnO3样品的晶格结构、电子结构和磁性质的影响，我们采用了溶胶-凝胶法制备了YMn1-xAlxO3(x=0,0.02,0.05,0.1)系列样品。发现随着Al3+离子的掺杂并没有改变YMnO3的空间晶格结构，空间群都为P63

8、cm。但是因为掺杂离子半径大小的不同会引起样品的局域结构的改变，这会导致MnO3+5倾斜度的变化和Y原子层的屈曲。Al离子