磁性弛豫鐵電材料CdCr2S4及其摻雜的磁熵特性研究.pdf

1、磁性弛豫鐵電材料是指在一定的溫度范圍內(nèi)同時(shí)具有弛豫鐵電和鐵磁(反鐵磁)序的材料。由于不同鐵性之間的相互耦合而產(chǎn)生新的功能，例如磁電耦合效應(yīng)，即材料在外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電極化，或者在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁極化的特性，從而可能實(shí)現(xiàn)鐵電性和磁性的相互調(diào)控。實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)證實(shí)磁性弛豫鐵電材料由于內(nèi)稟的磁電耦合能夠?qū)е虏牧系膬?yōu)良的物理特性，如巨磁電容效應(yīng)、龐磁電阻效應(yīng)和巨磁光科爾效應(yīng)。此外，最近有文獻(xiàn)報(bào)道稱它具有較大的磁熵特性，使得其在磁冷卻技術(shù)方面有很廣

2、闊的應(yīng)用前景。所謂磁(電)熵效應(yīng)是指改變施加在磁性(鐵電)材料上磁(電)場(chǎng)的大小而引起磁性(鐵電)材料自身溫度的變化。自從在Gd5Si2Ge2合金中發(fā)現(xiàn)了巨磁熵效應(yīng)和在PbZr0.95Ti0.05TiO3鐵電薄膜中發(fā)現(xiàn)了巨電熵效應(yīng)，磁(電)熵特性的研究成為材料科學(xué)研究者的熱點(diǎn)課題。然而大部分工作只關(guān)注于傳統(tǒng)的鐵磁體和鐵電體。由于多鐵性材料中既有磁極化又有電極化，外加磁場(chǎng)既改變了磁極化又通過(guò)磁電耦合效應(yīng)改變了電極化，因此多鐵性材料中的磁致

3、熵變問(wèn)題是一個(gè)更加值得關(guān)注的問(wèn)題。目前僅有實(shí)驗(yàn)報(bào)道了有關(guān)多晶BiFeO3陶瓷材料中的磁熵效應(yīng)和尖晶石結(jié)構(gòu)CdCr2S4具有大磁熵效應(yīng)，而相關(guān)理論研究還未見(jiàn)有報(bào)道。因此對(duì)磁性弛豫鐵電材料的磁熵特性的研究，不僅在理論上具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且在工業(yè)上有廣闊的應(yīng)用前景，是材料物理、凝聚態(tài)物理和微電子研究領(lǐng)域中的前沿課題。
　　 我們的工作就是研究磁性弛豫鐵電材料的絕熱溫度的改變(△Tad)和等溫熵變(ASiso)。我們的研究結(jié)果如下：

4、
　　 1.磁性弛豫鐵電材料的磁熵效應(yīng)研究。
　　 本文提出合理的理論模型來(lái)研究磁性弛豫鐵電材料的磁熵效應(yīng)。本文將CdCr2S4分為弛豫鐵電子系統(tǒng)和磁子系統(tǒng)，分別運(yùn)用球形無(wú)規(guī)鍵.無(wú)規(guī)場(chǎng)模型(sphericalrandom-bond-random-field model，簡(jiǎn)稱SRBRF模型)和海森堡模型(Heisenberg模型)來(lái)描述這兩個(gè)子系統(tǒng)，并且考慮了兩個(gè)子系統(tǒng)之間的耦合相互作用，研究了外加磁場(chǎng)及溫度對(duì)磁性弛豫鐵電

5、材料CdCr2S4的磁熵變化及絕熱溫度差的改變。研究表明磁熵變化及絕熱溫度差都在磁相變溫度附近具有最大值，我們的理論研究結(jié)果很好地解釋了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
　　 2.摻雜對(duì)磁性弛豫鐵電材料的熵變特性研究。
　　 摻雜可以改變材料的多重鐵性，實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到了摻雜磁性離子如Fe2+離子，可以改變磁性弛豫鐵電材料的磁相變溫度，而且在磁相變溫度附近可以獲得較大的熵變值，這就激發(fā)了我們對(duì)摻雜的磁性弛豫鐵電材料熵變特性的研究。摻雜會(huì)改變材料的

6、自旋磁矩，那么必定會(huì)對(duì)材料的磁電耦合強(qiáng)度有影響。我們從摻雜的磁性弛豫鐵電材料Cd1-xFexCr2S4出發(fā)，基于SRBRF模型和海森堡模型，并且采用座稀疏模型來(lái)描述摻雜效應(yīng)，研究了不同F(xiàn)e2+離子濃度摻雜對(duì)材料在磁相變溫度附近的熵變的影響，通過(guò)計(jì)算等溫熵變及絕熱溫度差，我們發(fā)現(xiàn)理論研究結(jié)果能很好地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。模擬的結(jié)果表明，摻雜可以改變材料的熵變效應(yīng)，因此可以通過(guò)摻雜不同的磁性離子可以提高材料最大熵變值所對(duì)應(yīng)的溫度，有利于開(kāi)發(fā)室溫條件