ABO3型氧化物电、磁学性能研究

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多铁性材料是指在一定温度范围内同时存在铁磁序和铁电序或铁弹序的体系。近些年来由于铁磁序和铁电序共存耦合而产生的某些新功能如磁电效应、磁介电效应,蕴含着的多种有序的耦合机制以及可预期的广阔应用前景而倍受人们的关注,多铁性材料正成为凝聚态物理与材料科学的热点研究领域。本文系统地研究了TbMnO3、YMnO3、双钙钛矿Y2MnCoO6及YFeO3基陶瓷的相结构、微结构、多铁、介电等性能,并分析讨论了其物理本质。主要内容如下:  采用传统固相反应法制备了Tb1-xBixMnO3(x=0,0.05,0.1)多晶材料,并分析了磁性和介电性能。随Bi掺杂量增加,材料的铁电相变温度有所降低,反铁磁温度上升,而Tb3+离子反铁磁序温度向低温方向移动;Bi掺杂对介电常数有明显的抑制效应,在4K和300K温度区间,陶瓷样品存在两套介电弛豫,随Bi掺杂量增加,低温弛豫(LTDR)激活能略有上升,而高温弛豫(HTDR)激活能显著增加,分析认为高温弛豫和低温弛豫分别源于晶界的边界电容效应和晶粒内的偶极化效应。  采用溶胶凝胶法制备了六角相YMnO3陶瓷,其室温显示出铁电性,在70K附近出现了反铁磁序,而低于该温度样品同时表现出随温度降低而增强的弱铁磁性,此外我们观察到交换偏置效应,这可能源于低温区铁磁和反铁磁序界面的交换耦合作用;介电谱表明在290 K~430 K和高于500K有两套介电弛豫峰,低温弛豫可能相关于载流子Md2+和Mn3+之间电荷转移跳跃引起的偶极子过程,高温弛豫经后退火处理证实与氧空位有关。  采用溶胶-凝胶法制备了Y2MnCoO6致密陶瓷,研究发现其铁磁温度约为75K;零场冷(ZFC)与场冷(FC)的磁化强度随温度的变化发生分离现象,同时零场冷过程磁化强度在低于磁变温度处(约60K)存在一个尖峰,这表现可能为类自旋玻璃特征,此外M-H曲线显示样品在低温T=4K表现出较强的铁磁性,而磁化强度在6.5T下仍未达到饱和,表明体系内部存在复杂的铁磁/反铁磁竞争作用,进一步印证了自旋玻璃行为;在160到300K温度范围内存在一个明显的介电弛豫过程,介电弛豫的机制可能来源于Co2+与Mn4+之间电荷转移跃迁过程的偶极子效应。  采用溶胶凝胶法制备了YFe1-xMnxO3(x=0,0.1和0.2)多晶材料,Mn掺杂YFeO3样品(x=0.1,0.2)表现出多铁特征,随Mn掺杂量增加,磁性有所减弱,而矫顽场增大;Mn掺杂样品的零场冷(ZFC)和场冷(FC)磁化强度随温度的变化发生分离表现出类自旋玻璃特征,且随Mn掺杂量增加,自旋玻璃化温度Tf向高温移动;YFe0.8Mn0.2O3样品在低温45K左右ZFC曲线上存在异常峰,可归因于材料磁相变特征;分别在50~100K和200~450K温度区域观察到两套介电弛豫峰,激活能随Mn含量的增加而降低,分析认为低温介电弛豫(LTDR)源于载流子(V(0)+)跃迁引起偶极化作用,而高温介电弛豫(HTDR)基于Fe2+/Fe3+之间电荷转移跃迁过程的偶板子效应。
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