| 题名 | 博士论文-多铁材料BiFeO3的结构稳定性研究 |
| 作者 | 张晓丽 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 吴自玉 ; 陈栋梁 |
| 关键词 | 多铁材料 铁酸铋 X射线吸收谱 结构相变 |
| 学位专业 | 凝聚态物理 |
| 中文摘要 | 多铁性材料是一类同时具有铁电、铁磁有序的功能材料。由于铁电、铁磁耦合效应，即改变外加电场调控铁磁性，或者改变外加磁场调控铁电性，多铁性材料具有发展为下一代低能耗、超大容量、高速磁电多态存储器和磁电随机存储器的巨大潜力。作为目前被发现的唯一一种室温下具有铁电铁磁性能的单相多铁材料，BiFeO3（简称BFO）在室温下可以实现电场与磁场的相互调控，近年来成为人们研究的热点。而其结构稳定性及物性-结构关系已经成为关注的焦点。特别是，利用掺杂、变温、加压等方式可以调控BFO的结构，进而优化其多铁性能，如提高室温下的弱铁电、铁磁性能。但是，由于压力、温度场下BFO结构的多样性，出现了大量矛盾的解释。因此，有必要系统研究BFO在压力（包括掺杂引起的内压及直接施加的外压）、温度场下BFO结构的稳定性，探讨结构-物性关系，从而为揭示铁磁铁电耦合机理和未来实现BFO在高速存储器中的应用提供理论指导。 本论文利用X射线吸收谱技术，结合多重散射从头计算和第一性原理计算等，并借助常规结构和物性表征手段如X射线粉末衍射及其拟合、透射电镜，超导量子干涉仪等系统研究A位、B位掺杂BFO、高温和高压下BFO母相结构的变化。主要取得了以下创新性成果： （1）研究了稀土元素A位掺杂对BFO结构的影响。利用X射线衍射及拟合、X射线吸收谱及近边谱计算，以及基于密度泛函理论的形成能计算等，首次揭示了La元素掺杂在极低浓度就已经诱导BFO纳米尺度上的局域结构相变，这是此前文献都没有报道过的。经过近边谱分析发现该纳米尺度区域为正交Pbam结构。但是直到20%浓度掺杂处，BFO并没有完全转变为正交相，XRD的拟合结果很好的证明了这一结论。而Nd掺杂BFO的效果与La有明显不同。Nd替位Bi掺杂，浓度直到10%时才引起BFO发生由菱形R3c至正交Pnma的结构相变，同时伴随着铁磁性能的增强。 （2）研究了过渡金属Mn元素B位掺杂对BFO结构和磁性的影响。结合X射线衍射和X射线吸收谱及近边谱计算发现，Mn元素替代Fe掺杂，浓度直至20%时BFO仍然保持其原来的菱形R3c结构。此外，Mn的K边XANES谱边前双峰表明，Mn原子进入BFO后替位Fe原子，导致晶格扭曲增大，其八面体配位中电子轨道劈裂，但是并未引起结构的相变。磁性测量发现，随着Mn掺杂的增加，BFMO自发磁化率呈上升的趋势，磁导率也急剧提高。同时，低温下高掺杂（x≥0.1）样品呈现出明显的磁滞回线。 （3）研究了BFO在高温下的结构稳定性。利用Fe的K边和Bi的L3边高温X射线吸收谱实验，研究了BFO自室温至1000℃的局域结构变化。结果表明，至650℃BFO保持母体的菱形类钙钛矿结构。700℃时，Fe的K边和Bi的L3边开始发生明显变化，表明高温α-β相变的开始，并于800℃时完成。β-γ相变则从900℃开始。与文献中的XRD结果相比，XAFS揭示的相变过渡温度范围要宽，表明BFO高温相变过程中短程序比长程序敏感。 （4）研究了BFO高压下结构相变。结合原位的高压XRD和高压XAFS实验研究了BFO的相变过程。在10GPa以下首次报道了BFO在低角度处有一个微弱但不可忽略的衍射峰，经拟合鉴定为正交Pbam的衍射峰。这表明在BFO由菱形相至单斜相转变的过程中，存在着单斜C2/m相和正交Pbam相的竞争，使得两相在5-7GPa之间共存于BFO中。分析发现，正是由于BFO中复杂的畴结构和铁电离子偏心位移的竞争，导致单斜和正交两相的共存和竞争。此外，在每一个相变点附近，高压EXAFS谱的χ函数和|χ(R)|径向结构函数的明显变化，揭示高压结构相变在长程序（XRD）和短程序（XAFS）的一致性和关联性。 |
| 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/311005/210246]  |
| 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 | 张晓丽. 博士论文-多铁材料BiFeO3的结构稳定性研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论