尖晶石基材料中负磁化及室温多铁性能的研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:caacmis487
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具有尖晶石结构的亚铁磁材料近年来正受到人们越来越多的关注,究其原因在于,这类材料自身具有复杂的磁结构,从而可能会引起一些新奇的物理效应,展现出潜在的应用前景和重要的基础研究意义。本论文重点就尖晶石结构的亚铁磁材料中可能出现的负磁化和室温多铁性共存两个问题开展研究,一方面是因为,负磁化效应虽是由奈尔首先预言可能会出现于亚铁磁材料中,但目前关于负磁化的研究大多集中在反铁磁钙钛矿结构的材料中,对亚铁磁尖晶石结构的材料中的负磁化效应鲜有报道;另一方面是因为,尖晶石材料虽然在室温处的磁性拥有易饱和、饱和磁化强度较高等优点,但因其电极化性能较弱、漏电流较大等因素而无法实现室温多铁性共存。围绕着以上两个问题,本文以几种典型的尖晶石结构的亚铁磁材料为对象,以负磁化效应和室温多铁性为研究内容,从材料制备工艺、物理实验以及对结果的规律性总结等方面,开展了系统的研究,主要结果和创新点如下:  (1)针对尖晶石结构的COQ.8CUQ.2Cr204样品,开展了负磁化及相关问题的实验研究,结果表明,样品在50K以下表现出明显的负磁化现象,且该现象强烈依赖于外加磁场。在综合性分析的基础上,认为负磁化现象源于Cu2+离子所带来的正方向自旋磁矩的减弱。另外样品可以通过改变磁场的大小实现磁化在负值和正值之间的切换,表现出稳定且易控的开关效应,显示了出了巨大的潜在应用前景。  (2)从实验上研究了不同Cu含量的引入对Coi-xCuxCr2O4样品的磁温行为和负磁化效应的影响,研究表明,当C u含量在0.125到0.25范围内样品才会表现出负磁化效应,且效应随C u含量改变呈规律性变化。经分析认为,C u引入可削弱Co04子格子中的铁磁交换作用而引起正向磁化的减少,以至当C u含量超过0.125后,低温下正向磁化会小于负向磁化的绝对值,导致负磁化效应的出现。对显示明显负磁化效应的COQ.775Cm225Cr204材料,在保持材料结构不变的前提下,研究了退火温度的改变对负磁化的影响,并在此基础上对负磁化效应的物理机制进行了进一步探讨。  (3)成功制备了钙钛矿结构与尖晶石结构复合的固溶体材料xBi0.5Na0.5TiO3-(1-x)NiFe2〇4,并对其室温多铁性能展开研究,结果表明,固溶体材料在室温处同时存在铁磁性与铁电性且二者之间存在耦合作用。经分析认为,多铁性随组分规律性变化是由铁电与铁磁材料二者之间互相稀释所致,而磁电耦合效应则源于磁致伸缩效应与压电效应二者共同作用。另外在实验上研究了原位磁场退火对多铁性的影响,研究表明,相对于普通退火样品,原位磁场退火虽没有明显影响材料的结构和形貌,但可大大提髙材料的铁电性能和磁电耦合性能。我们认为,这是由于原位磁场退火有助于材料内部磁畴和电畴的有序生长所致。  (4)成功制备了尖晶石结构和钙钛矿结构复合的固溶体材料(1-x)(0.7BiFe〇3-0.3Bk5NaQ.5TiO3)-xCoFe2O4并展开研究。研究表明,室温多铁性能和介电及阻抗性能均随着CoFe204相的变化而发生规律性变化,且CoFe204的引入大大提髙了材料的室温磁电耦合性能。
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