【摘 要】
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稀土钛酸盐R2Ti2O7(R为稀土元素)是一类具有丰富的物理性质和应用前景的材料,引起很多科研工作者的兴趣。通常,R2Ti2O7有两种结构,当R3+为较小稀土离子(R3+=Sm3+-Lu3+)时为烧
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稀土钛酸盐R2Ti2O7(R为稀土元素)是一类具有丰富的物理性质和应用前景的材料,引起很多科研工作者的兴趣。通常,R2Ti2O7有两种结构,当R3+为较小稀土离子(R3+=Sm3+-Lu3+)时为烧绿石(pyrochlore)结构,当R3+为较大稀土离子(R3+=La3+-Nd3+)时为单斜(monoclinic)结构。烧绿石型R2Ti2O7材料通常会出现奇异的磁状态,包括自旋液体和自旋冰,是因为其具有几何阻挫,再加之晶体场、磁交换以及磁偶极间的相互作用。单斜结构的R2Ti2O7通常具有较高的居里温度,对它们的铁电性、光催化等性质研究较多。但是近些年,很多研究者开始关注R2Ti2O7的介电性和多铁性。从应用角度来说,介电性能作为多铁性材料的重要性质之一,一直以来被广泛研究。本文以单斜结构的La2Ti2O7和烧绿石结构的Dy2Ti2O7为研究对象,用传统固相反应法制备陶瓷样品,分别对其进行了系统的介电性能研究,得到以下结果:(1)在较宽温度范围(113-1073 K)和频率范围(100 Hz-1 MHz),对La2Ti2O7陶瓷介电性能进行了研究。在250 K以下,La2Ti2O7陶瓷样品表现为内部本征的介电响应,介电常数约为57。在250 K以上,观测到三个热激活弛豫。低温弛豫R1激活能为0.38 eV,是由空穴跳跃运动引起的极化子弛豫。高温弛豫R2和R3与电导过程有关,分别由氧空位的一次电离和二次电离引起。(2)在极宽温度范围(4-973 K)和较宽频率范围(100 Hz-1 MHz),系统研究了Dy2Ti2O7陶瓷的介电性能。低温(低至4 K)介电测试和拉曼结果,都表明Dy2Ti2O7样品中有先兆性铁电特性。此外,在450 K以上,发现两个弛豫。我们的分析结果表明它们是电导弛豫,分别与一次电离和二次电离的氧空位有关。总结来说,多铁性稀土钛酸盐La2Ti2O7和Dy2Ti2O7在低温区基本为内部本征的介电响应,而在较高温大约450 K以上,便会出现氧空位相关的电导行为。因此,氧空位应该是影响稀土钛酸R2Ti2O7介电性能的主导因素。
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