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随着信息技术的不断发展,器件越来越小型化和多功能化,人们对集电性与磁性等于一身的多铁性材料研究兴趣不断高涨。多铁性材料通过铁性的耦合协同作用能产生一些新的功能,大大拓宽了铁性材料的应用范围。在极小的空间储藏最大量的数据和信息则是科学家和公众的共同梦想。研究人员在在线出版的《自然-材料学》期刊上报告说,他们认为多铁材料是实现这种梦幻记忆设备的一把钥匙。
多铁性材料原指具有两种或两种以上铁电、铁磁或铁弹性能,但现在也把反铁电、反铁磁归入其中。在这类材料中铁电性和磁性之间存在相互作用,表现为可以用磁场改变材料的电极化或者用电场改变磁化,这种现象被成为磁电耦合效应。这种磁电耦合效应使得多铁材料成为未来制作信息存储器件的热门材料。除了这种科技应用的动机,从基础研究看,多铁性在量子力学层次上对相关科学提出了一系列的问题和挑战,引起了人们的研究兴趣.目前研究较多的是具有铁电、(反)铁磁耦合性能的单相或复合材料。本文的研究对象Eu1-xYxMnO3(0≤x≤0.5)系统就属于单相多铁性材料。
我们利用传统的高温固相烧结法得到Eu1-xYxMnO3(0≤x≤0.5)陶瓷样品,然后重点研究了其结构、磁性、介电以及铁电极化性质。具体内容和结果如下:
1)XRD结果显示我们的一系列样品均为正交结构,均为单相,无杂相出现。对于0≤x≤0.5的所有样品,晶格常数之间有如下关系:c>b>a,这表明了高温正交相中加入了静Jahn-Teller畸变,这是由于几何约束导致MnO6八面体倾斜和畸变的结果。
2)我们对Eu1-xYxMnO3(0≤x≤5)的磁性进行了测量。结果显示,在大约50K处,所有样品均存在一个由顺磁到反铁磁的相转变。在x≤0.15的样品中,在更低温区存在一个由反铁磁到倾斜反铁磁的相转变,反铁磁相中有铁磁成分的出现。对于x>0.25的样品,更低温则没有铁磁成分的出现。
3)在固定频率(f=0.1MHz)条件下,介电常数在磁相转变点或者铁电相转变点都会出现异常,说明介电行为与磁有序之间存在着内在的联系。施加外磁场后,相对介电常数的大小会随外场有所变化,介电异常所对应的温度没有太大变化。
4)我们利用焦热电电流法测量了陶瓷样品中的铁电极化性能,结果显示铁电极化开始出现的温度与介电异常温度相对应。在纯粹的EuMnO3中,不存在铁电极化。在掺杂量x≥0.15后,样品中会出现自发的铁电极化。外加磁场以后,测量得带的焦热电电流会有所减小,积分得到铁电极化相应减小。排除A位磁性离子的影响,本文Eu1-xYxMnO3(0≤x≤0.5)系统中铁电相的出现与Mn3+离子的螺旋状自旋有序结构相关。
5)在x=0.15的样品中,在低温会出现铁磁相与铁电相共存的区域,这一结果可能是由于Mn3+离子的圆锥状自旋序导致的。