ABO2-AB1-xB′xO3多鐵材料磁電及其耦合性能的研究.pdf

1、銅鐵礦結構ABO2和稀土鉻氧化物AB1-xB'xO3型化合物均是典型的強關聯(lián)電子體系。其中存在自旋、晶格、電荷、軌道等多種耦合相互作用，從而具有磁相變、磁電耦合效應、磁致伸縮、磁介電效應等豐富的物理現(xiàn)象。溫度、外加磁場和離子替換等因素都能直接影響自旋、電荷、晶格之間的相互作用，從而改變物質的磁電物理特性。因此，我們可以通過離子替換和強磁場等手段來研究該類材料的磁性和電性質。本論文選擇CuFeO2和YFe0.5Cr0.5O3為研究對象，詳

2、細探討了摻雜對六角及正交結構化合物磁性和電性質及其耦合性能的影響。論文研究內容如下：
　　一、簡單介紹了多鐵性材料 CuFeO2的磁性受挫及其自旋晶格耦合的物理性質。分別從研究背景、晶體結構、磁結構、比熱特性和磁電耦合等來介紹CuFeO2的磁電物理性能。此外還介紹了幾種稀土鉻氧化物磁特性的研究進展。
　　二、利用光學浮區(qū)法制備了三角晶格反鐵磁體CuFeO2及其B位摻雜的單晶樣品。探究溶膠凝膠法制備正交鈣鈦礦結構YFe0.5C

3、r0.5O3多晶樣品的工藝條件，并成功制備了YFe0.5Cr0.5O3及其A位摻雜系列樣品。研制并介紹了脈沖強磁場環(huán)境下的磁化和電極化測量系統(tǒng)。
　　三、詳細研究了三角晶格反鐵磁體CuFeO2單晶在穩(wěn)恒場和脈沖場下的的磁性質，并得到該體系完整的磁相圖。研究表明CuFeO2單晶樣品存在磁晶各向異性。由于該體系磁受挫和自旋晶格耦合作用，使其在隨磁場變化過程中經歷了連續(xù)的臺階式的磁相變，并且在72.8 T磁場處首次觀察到了該樣品的飽和磁

4、化平臺。我們還研究了CuFeO2單晶的磁電耦合性質，結果表明只在非公度非共線的鐵電相內出現(xiàn)磁場誘導的電極化，此電極化行為受溫度和磁場掃場速率的調控。在外加電場下進行磁化測量，結果進一步證明了在非公度非共線態(tài)的磁電耦合效應。CuFeO2單晶應力隨溫度的變化說明該系統(tǒng)內存在較強的自旋晶格耦合作用。
　　四、研究了 B位 Ga摻雜的CuFe1-xGaxO2單晶的磁化特性和磁電耦合效應。當Ga摻雜濃度小于0.05時，觀察到連續(xù)的臺階式的磁

5、相變行為，在此范圍內隨著摻雜濃度的增加，磁相變行為越來越弱。這是由于Ga離子的引入破壞了Fe離子層內和層間的反鐵磁相互作用，減弱了系統(tǒng)的自旋受挫。當摻雜濃度大于0.08時，系統(tǒng)磁相變和各向異性行為消失。少量Ga的引入使系統(tǒng)在低場范圍內出現(xiàn)四子晶格相和鐵電相共存，從而提高了該體系自發(fā)的電極化性能。
　　五、研究了正交鈣鈦礦結構YFe0.5Cr0.5O3化合物的反常磁化特性和低溫介電響應。實驗結果表明，在0.01 T磁場下溫度小于24

6、4 K時，YFe0.5Cr0.5O3多晶的磁化強度為負值，隨著溫度的降低磁化強度逐漸減小。該體系中存在與自旋重取向和Maxwell-Wagner效應有關的介電弛豫。在反鐵磁有序的溫度附近其介電常數(shù)也發(fā)生相應的變化，即YFe0.5Cr0.5O3體系中存在磁介電效應。
　　六、研究了A位稀土離子摻雜對YFe0.5Cr0.5O3化合物的磁性和介電性質的影響。當Ho離子摻雜量x=0.05時，分別在239 K和48 K處觀察到磁化反轉，這是