论文部分内容阅读
单相磁电多铁性材料同时包含铁电性与铁磁性，而且二者之间存在耦合效应，因而在自旋电子器件、磁传感器、信息存储以及微波技术领域有着广阔的应用前景。但是，目前多铁材料还远远不足以符合实际应用，主要表现在，单相多铁材料匮乏，磁转变温度比较低以及磁电耦合效应很弱等问题。因而探索新型室温单相多铁材料，提高磁转变温度以及实现可观的磁电耦合效应一直是多铁性材料研究中的重点。六方YMnO3多铁性材料在单相多铁性材料中占据着非常重要的地位，其特有的新奇物性，预示着其在实际应用上的巨大的潜力。因此本论文以六方YMnO3为研究对象，讨论离子掺杂对YMnO3电子结构、磁性结构及物性的影响。有别于以往关于六方YMnO3单相多铁性材料的研究，我们将利用同步辐射X射线吸收谱数据，从晶格局域结构及电子轨道杂化方面来解释离子掺杂所引起YMnO3磁电性能的变化。 首先，为了研究Cu2+离子掺杂对样品的晶格结构、电子结构和磁性质的影响，我们利用溶胶-凝胶法制备了YMn1-xCuxO3(x=0，0.05，0.1)样品。Cu2+离子的掺杂并没有改变YMnO3的空间晶格结构，空间群都为P63cm。Cu2+离子掺杂会在样品中引入Mn3+-Mn4+双交换作用和Mn3+-Mn3+、Mn3+-Cu2+、Mn4+-Cu2+反铁磁相互作用，这两种相互作用会产生竞争，破坏Mn3+离子三角阻挫结构，提高磁性，同时Mn3+-Mn4+双交换作用对磁化强度的提高也会有贡献。通过测量Mn的L边吸收谱，我们证实了YMn0.95Cu0.05O3和YMn0.9Cu0.1O3中Mn4+的存在。O的K边吸收谱表明，随着Cu2+离子浓度的增加，Mn与OP之间的杂化作用增强，Mn-OP键长减小，这一过程对应于Mn3+离子向Mn4+离子的转变。同时发现Y与OP之间的杂化强度在减弱，Y-OP键的长度在增加。Mn-OP键长和Y-OP键长的改变会引起MnO5三角双锥体结构的改变，从而导致YMn1-xCuxO3(x=0，0.05，0.1)的磁有序和电极化的改变。 第二，采用溶胶-凝胶法制备了Y0.95Yb0.05Mn1-xFexO3(x=0，0.05，0.1，0.2)样品。Yb3+离子和Fe3+离子的掺杂并没有改变YMnO3的晶格结构，依然为六方晶体结构。样品的磁化强度随着Fe3+离子浓度增加而增强，而样品的居里-外斯温度的绝对值、反铁磁转变温度和磁阻挫因子逐渐减小。Fe3+(5.92μB)离子的理论磁矩大于Mn3+(4.9μB)离子的理论磁矩，同时Fe3+离子掺杂使得原有反铁磁排列的Mn3+离子磁矩发生倾斜，导致净磁矩的产生，而且Mn3+-Mn3+、Mn3+-Fe3+、Fe3+-Fe3+的磁相互作用之间的竞争会减弱Mn3+-Mn3+反铁磁超交换作用，这些因素导致了样品磁性的增强。Mn的L边吸收谱证明了掺杂样品中Mn元素的价态为+3价。O元素的K边吸收谱显示Fe3+浓度的增加增强了O2p-Mn3d和Y4d-O2p轨道杂化强度，轨道杂化强度的改变引起MnO5三角双锥体倾斜程度的增加，导致样品的晶格结构和磁有序的变化。实验证明Yb和Fe元素共掺杂YMnO3会引起材料中局域微结构和磁性质的变化，从而调节YMnO3的多铁性能。