| 题名 | 博士论文-多铁性铁酸铋系列材料的制备及同步辐射研究 |
| 作者 | 阿布都艾则孜·阿布来提 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 奎热西 |
| 关键词 | 多铁性 磁电耦合 BiFeO3 电子结构 磁性 |
| 学位专业 | 凝聚态物理 |
| 中文摘要 | 多铁性材料指同时具有铁磁性和铁电性或铁弹性的材料。多铁性材料中最常见的铁性是铁电性和铁磁性或反铁磁性。在多铁性材料中，电场可以调控磁化，反之磁场可以调控电极化，这种新效应称作磁电耦合效应。在这种材料中，BiFeO3具有室温多铁性和优异的催化特点，在电学，磁介质、自旋电子器件和纳米技术等领域有这很大的应用潜力。由于目前还难以获得高磁电耦合效应的BiFeO3薄膜或块体样品，如何提高它的性能成为人们研究BiFeO3的重要对象。当然，要提高它性能必须要了解材料的微观结构，特别是电子结构。从而我们可以了解这些性能的机理而选择更合适的方法来提高磁电耦合效应。本论文分别从制备BiFeO3、BiFe1-xMnxO3和Bi1-xGdxFeO3薄膜和块体样品出发，研究了体系的电子结构，并揭示了晶体结构和电子结构之间关系；研究了BiFe1-xMnxO3 和Bi1-xGdxFeO3在不同掺杂量下的磁性变化，并探讨了磁性增加的起因。主要研究成果如下： 1、利用冲激光沉积法，我们在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了BiFeO3薄膜，然后对薄膜进行原位同步辐射X射线光电子能谱，X射线近便吸收谱表征并探讨薄膜电子结构。我们发现价带和导带主要是通过Fe 3d 和 O 2p 杂化构成。这种杂化在价带顶比较弱，并d电子之间跃迁在BiFeO3的电学性质中起到关键的作用。 2、我们在制备纯BiFeO3薄膜基础上，还是利用脉冲激光沉积方法，在Pt (111)/Ti/SiO2/Si (100)衬底上制备了BiFe1-xMnxO3(0≤x≤0.3)薄膜。薄膜制备后与纯BiFeO3相同的方法进行了电子结构表征。除此之外，对薄膜还进行非原位X射线衍射和磁学性质表征。研究中我们发现所有薄膜具有六方结构并x的任何一个值都没发生结构相变；Mn掺杂在Fe 3d5 + Fe 3d6 混合态中增加了Fe 3d5部分并同时在Mn 3d4 + M d5 混合态中减弱了Mn 3d4贡献。从实验和电荷转移模型（Charge Transfer Multiplet）理论计算得出，随着Mn掺杂含量增加，O 2p - Fe 3d之间电荷转移减弱。在M-H曲线中观测到薄膜的铁磁性随Mn含量增加而增加，这与薄膜的电子态密度变化有密切的关系。当Mn掺杂量增加时， Fe 3d 和 O 2p 之间电荷转移减弱导致弱杂化，这就引起Fe－O－Mn键之间的不均匀性而增加薄膜铁磁性。 3、我们利用固态烧结法制备了 Bi1-xGdxFeO3 (0≤x≤0.15)体系并对它进行了 X射线衍射，拉曼散射，扫描电子显微镜，近边X射线吸收谱和磁学性能测量。XRD 和拉曼结果显示，当x<0.15时 BGFO 具有菱形晶体结构，然而 x=0.15 时具有正交晶体结构。Gd 掺杂后类似于Mn掺杂体系，在BGFO中Fe 3d5 + Fe 3d6 混合态中增加了Fe 3d5部分而导致 Fe-O 之间杂化减弱。在M-H曲线中所观测到，样品的铁磁性随Mn含量增加而增加，这与样品电子态密度变化有密切的关系。随着 Gd 掺杂引起的结构相变和 Fe-O 之间杂化变化是导致 Bi1-xGdxFeO3 (0≤x≤0.15) 体系磁性增加的主要原因。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 凝聚态物理 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209667]  |
| 专题 | 多学科研究中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 阿布都艾则孜·阿布来提. 博士论文-多铁性铁酸铋系列材料的制备及同步辐射研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
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