Mn、Cu、Ba共摻雜LiNbO3薄膜鐵電鐵磁性能的研究.pdf

1、利用射頻磁控濺射的方法，在SiO2/Si(111)、LaNiO3/Si(111)及石英襯底上沉積了Mn/Cu、Cu/Ba及Ba/Mn共摻雜LiNbO3薄膜。利用X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)和同步輻射技術(shù)(XAFS)研究了摻雜LiNbO3薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、元素含量、原子價(jià)態(tài)和摻雜原子的局域結(jié)構(gòu)，使用超導(dǎo)量子干涉儀分析摻雜LiNbO3薄膜的室溫鐵磁性（RTFM），使用阻抗分析儀測試摻雜LiNbO3薄膜的介電性能和鐵電分析儀

2、測試摻雜LiNbO3薄膜鐵電性能，研究結(jié)果如下:
　　(1)研究了Mn/Cu共摻雜鈮酸鋰薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、局域結(jié)構(gòu)、RTFM、介電和鐵電性能。研究表明:Mn在Mn/Cu共摻雜LiNbO3薄膜中是以Mn2+取代Li+，引入鋰空位VLi;Cu在薄膜中以Cu2+取代Nb5+，引入氧空位VO。Mn/Cu共摻雜LiNbO3薄膜均有RTFM，1.4 at％ Cu摻雜薄膜原子磁矩為0.89μB/Cu，其磁性機(jī)理為束縛磁極子機(jī)制。1.0 at％ M

3、n摻雜薄膜原子磁矩為1.09μ8/Mn，磁性起源為Mn離子和近鄰Nb離子d-d電子耦合作用。Mn/Cu共摻雜的LiNbO3薄膜摻雜原子的單位原子磁矩隨摻雜濃度的增大而減小，這是由于Cu原子進(jìn)入晶格后與近鄰的摻雜Mn離子通過中心的O2-為媒介，發(fā)生反鐵磁超交換耦合。隨Mn摻雜濃度的增大，Mn/Cu共摻雜LiNbO3薄膜的介電常數(shù)增大，介電損耗減小;隨Cu摻雜濃度的增加，薄膜介電常數(shù)減小，介電損耗增大。Mn/Cu共摻雜LiNbO3薄膜樣品的

4、極化強(qiáng)度與未摻雜LiNbO3薄膜的極化強(qiáng)度相比有所提高，漏電流密度增大。
　　(2)研究了Cu/Ba共摻雜鈮酸鋰薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、局域結(jié)構(gòu)、RTFM、介電和鐵電性能。Cu/Ba在摻雜LiNbO3薄膜中分別以Cu2+、Ba2+形式取代Nb5+且引入VO。所有Cu/Ba共摻雜LiNbO3薄膜均有RTFM，Cu/Ba共摻雜薄膜的Ms，隨著摻雜濃度的增大而增大，磁性機(jī)理為d0鐵磁性，VO是引起Cu/Ba共摻雜LiNbO3薄膜的RTFM增大的

5、原因。隨著摻雜濃度的增加，Cu/Ba共摻雜LiNbO3薄膜的介電常數(shù)減小，介電損耗增大。Cu/Ba共摻雜LiNbO3薄膜樣品的極化強(qiáng)度與未摻雜薄膜的極化強(qiáng)度相比有所降低，漏電流密度增大。
　　(3)研究了不同摻雜濃度的Ba/Mn共摻雜LiNbO3薄膜晶體結(jié)構(gòu)、局域結(jié)構(gòu)、鐵磁性和鐵電性能的影響。Mn在Ba/Mn共摻雜的LiNbO3薄膜中是以Mn2+取代Li+，引入VLi，鋇以Ba2+取代Nb5+，引入VO。鋇摻雜鈮酸鋰薄膜RTFM磁

6、性機(jī)理為d0鐵磁性，VO是引起B(yǎng)a/Mn共摻雜LiNbO3薄膜的RTFM增大的原因，Mn摻雜LiNbO3薄膜的室溫鐵磁性由摻雜Mn原子和近鄰Nb原子的d-d電子耦合作用，隨著Mn摻雜濃度的增加，Ba/Mn共摻雜LiNbO3薄膜的飽和磁化強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。Ba/Mn共摻雜LiNbO3薄膜的介電常數(shù)隨著Ba摻雜濃度的增加而減小，介電損耗增大，隨Mn摻雜濃度的增加而增大，介電損耗減小。Ba/Mn共摻雜薄膜樣品的極化強(qiáng)度與未摻雜薄膜的極化強(qiáng)度相比有