新型多鐵性化合物的合成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究.pdf

1、多鐵性材料是指在一定溫區(qū)內(nèi)同時具有鐵電(反鐵電)序、鐵磁(反鐵磁)序和鐵彈序的材料。目前研究最為廣泛的多鐵性材料是指同時擁有極化有序和磁有序的材料。因而,這兩種有序之間的耦合作用(磁電效應(yīng))是研究的熱點。所謂磁電效應(yīng),即通過加入外電場感應(yīng)出磁化,或通過加入外磁場引入極化。自從磁電效應(yīng)的首次發(fā)現(xiàn)以來,人們就意識到,材料的磁性質(zhì)與電性質(zhì)的相互滲透將有巨大的科技運用前景。自上世紀60-70年代以來,由于這類材料的不斷發(fā)現(xiàn)以及兩種有序共存耦合導(dǎo)

2、致某些特有的物理性質(zhì),而使之備受人們的關(guān)注,通過磁電耦合,鐵電有序或外電場可導(dǎo)致自旋的再分布而改變系統(tǒng)的磁性質(zhì),同樣由于自旋有序的漲落通過磁致伸縮可能的電子—聲子作用可以導(dǎo)致鐵電馳豫或介電異常。
　　 本文主要圍繞鈣鈦礦及相關(guān)固體氧化物開展了一系列合成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究工作。我們主要通過兩種尋找新物相的方法進行化學(xué)合成:一方面,從三元氧化物體系的相關(guān)系出發(fā),尋找新型多鐵性化合物;另一方面,根據(jù)鈣鈦礦及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的特點,結(jié)合元素的化

3、學(xué)性質(zhì),設(shè)計合成可能具有多鐵性的化合物;進而利用衍射技術(shù)(包括X射線粉末衍射、電子衍射、中子衍射),電子顯微技術(shù)(包括掃描電鏡和高分辨電鏡),結(jié)合其他一系列物理、化學(xué)性質(zhì)測量,研究所得化合物的結(jié)構(gòu)及相變特點;再測量其電學(xué)與磁學(xué)性質(zhì)并討論結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:
　　 合成了固溶體BaBi1-xTaxO3(0≤x≤0.5),結(jié)合X射線粉末衍射、會聚束電子衍射和中子衍射確定其空間群為P1,雖然沒有對稱中心,但該固溶體并沒

4、有顯示出本征的鐵電性;合成了固溶體SrxBi1-xMnxFe1-xO3(0≤x≤1.0),通過摻雜,用傳統(tǒng)的高溫固相方法合成出質(zhì)量較好的純相BiFeO3,并且使室溫下呈現(xiàn)反鐵磁的BiFeO3轉(zhuǎn)變成為鐵磁性;研究了Fe2O3-PbO-Ta2O5和Fe2O3-Bi2O3-Ta2O5體系的平衡相關(guān)系,在三元相圖中均發(fā)現(xiàn)了一個固溶范圍較廣的具有焦綠石相(A2B2O7)結(jié)構(gòu)的固溶區(qū),研究了固溶區(qū)內(nèi)樣品的鐵電性和磁性,在Fe2O3-Bi2O3-Ta

5、2O5體系里發(fā)現(xiàn)了兩個同構(gòu)的新化合物Fe0.1Bi2.4Ta4.5O15和Bi1.02Ta1.98O4,并確定了它們的晶體結(jié)構(gòu);研究了BaCO3-HfO2-MnCO3體系的平衡相關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了固溶體BaHfxMn1-xO3(0.218;0.145≤x≤0.165),其空間群為P63/mmc,測量了BasMn4.25Hf0.75O15和Ba4Mn3.128Hf0.872O15樣品的磁性,在常溫下均為順磁性,低溫下均顯示弱的亞鐵磁性。