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近年来,铋层状多铁材料铁酸钛铋(Bi5Ti3FeO15, BTF)作为一种无铅类钙钛矿材料,其在高频、高温以及多态非易失性存储器等领域具有很好的应用前景,吸引了广泛的研究热潮。铁酸钛铋材料,类似三明治结构,通过将铁酸铋(BiFeO3)材料塞进层状类钙钛矿材料钛酸铋(Bi4Ti3O12)中,其不仅保留了铁酸铋优良的铁电、铁磁特性,另外由于铋氧层(Bi202)的存在,有效降低了泄露电流,同时极大增强了电极化方向转换的抗疲劳特性。这样的特性使其成为多态非易失性相变存储器的有力竞争者。然而目前开展的诸多工作是基于微观结构XRD表征或者以电学为主的宏观特性的规律探究等手段进行研究,对于其光谱学的研究却比较稀少。通过光学手段,获得材料的介电常数等宏观信息,在此基础之上,通过建立模型拟合得到材料的电子跃迁信息,并结合红外、拉曼声子振动,研究材料的相变机制。因此,本文通过变温椭圆偏振光谱、拉曼散射、红外反射等光学手段表征铁酸钛铋材料的相变过程,通过分析电子能量跃迁和声子振动随温度的变化,认识其相变过程中的微观结构改变,从光学角度,证明铁酸钛铋材料颇具争议的中间相变的存在,研究其铁电和磁相变的诱导机制,为优化其多铁特性提供理论基础。一、通过变温椭圆偏振光谱和拉曼散射实验在200-873 K范围内研究铁酸钛铋陶瓷铁电斜方相至顺电立方相的相变过程,并证明颇具争议的中间相变的存在,即存在连续性铁电斜方相-铁电立方相-顺电立方相相变。通过建立标准临近点模型(SCP)从测量得到的复介电函数中获取电子跃迁能量随温度的变化,发现在200-873 K范围内存在两个异常温度点。铁电斜方相和顺电立方相之间的中间相变导致了800 K温度点的异常。590K温度点的异常是由于3 eV附近电子跃迁的消失造成。该跃迁的消失导致钛酸钛铋陶瓷在大于590 K的温度下出现导电性质。二、结合低温拉曼散射和红外反射实验测量铁酸钛铋3.6-300 K范围内晶格振动和声子模式随温度变化的趋势,研究其低温磁相变过程。通过分析红外、拉曼声子的随温度的变化,发现在85 K附近,A位原子相关的声子振动出现异常,其导致Fe-O-Fe链发生扭转,进而引起低温反铁磁到顺磁相变的发生。此外,铋层中的铋原子相关的声子振动异常,表征了铁电相关的铋原子在磁相变过程中发生了显著的位移,证明了磁相变过程中的磁序跟铁电序间的耦合。