Selected multiferroic perovskite oxides containing rare earth and transition metal elements

Multiferroic materials are currently the subject of intensive research worldwide, because of both their fundamental scientific problems and also possible technological applications. Among a number of candidates in the laboratories, compounds consisting of rare earth and transition metal perovskite oxides have very unusual structural and physical properties. In contrast to the so-called type I multiferroics, ferroelectricity may be induced by magnetic ordering or by applying external fields. In this review, the recent progress on the experimental and theoretical studies of some selected type II multiferroics is presented, with a focus on the perovskite oxides containing rare earth and transition metal elements. The rare earth orthoferrite crystals, rare earth titanate strained film, and rare earthbased superlattices are systematically reviewed to provide a broad overview on their promising electric, magnetic, and structural properties. The recent experimental advances in single-crystal growth by optical floating zone method are also presented. First-principles investigations, either supported by experimental results or awaiting for experimental verifications, are shown to offer useful guidance for the future applications of unconventional multiferroics.     

Bi3.15Nd0.85Ti3O12陶瓷的铁电介电性能研究

采用传统固相反应法制备了Bi3.15Nd0.85TiO12(BNdT)陶瓷.在1 100℃烧结的BNdT陶瓷呈层状钙钛矿结构,致密,晶粒呈扁平状.该陶瓷表现出良好的铁电介电特性,其电滞回线对称,在210 kV/cm测试电场下,剩余极化2Pr和矫顽场Ec分别为45 μC/cm2和67.6 kV/cm.在室温f=100 kHz时,εr=221,tgδ=0.0064.变温介电测试表明居里温度在408℃左右,这一较宽的相变峰,可能是由于氧空位产生的介电弛豫引起的.漏电流测试表明,BNdT陶瓷在低于230 kV/cm电场下,漏电流密度保持在7.5×10-7 A/cm2以下,在低于75 kV/cm电场下,该陶瓷呈现肖特基(Schottky)导电行为.     

金属甲酸铵材料:结构、相变、性质和功能

金属甲酸铵是金属-有机骨架材料中独特的一类.它们可在温度、压力等维度上发生结构相变和电、磁相变,并表现出与之相关的性质和功能,如介电/铁电/反铁电性、磁性、多铁性、负热膨胀、负压缩、键重排、机械性质等,10余年以来引起国内外许多研究者的极大关注.本文介绍本课题组在八面体金属离子构成的金属甲酸铵材料方面的研究进展,以及部...     

钛酸锶钡的铁电相变与晶胞体积的关联

考察了Ba_μSr_1-μTiO₃(BST)的T_C对晶格 参数γ的依赖关系.并对BST的依赖关系与BaTiO₃和SrTiO₃的相应依 赖关系进行了比较.得到了一个观点：BST的T_C的变化可归因于晶胞体积效应.还 从体积效应的观点对BST相变的弥散性和级进行了讨论.BST的晶胞体积效应可归因于BST中Ba 和Sr的离子化现象. 关键词： 铁电性 钛酸锶钡 晶胞体积效应     

钛酸铋钡陶瓷的介电性、铁电性及对晶格结构的依赖性

采用溶胶-凝胶工艺成功制备出BaBi₄Ti₄O₁₅微细粉料，并利用此微粉烧结出成瓷良好的BaBi₄Ti₄O₁₅陶瓷.研究了BaBi₄Ti₄O₁₅陶瓷的铁电 顺电相 变，测定了BaBi₄Ti₄O₁₅的介 电特性和饱和状态下的铁电特性.所作测量表明B 关键词： 铁电性 介电性 晶格结构 溶胶 凝胶法     

元系统热力学及其对铁电和超导等系统的应用

发展了一种元系统的热力学,用微分拓扑的方法,仅从热力学第一定律出发,就证明了元系统的热力学温度函数和熵函数的存在性,导出元系统的热力学基本方程,其结果可推广到平衡态和非平衡态的宏观系统。文中也讨论了元系统热力学应用于铁电、超导等系统的热力学的可能性。     

磁致多铁性物理与新材料设计

磁致多铁材料是多铁性材料大家族中的后起之秀,其特色在于其铁电性起源于特定的磁序,因此其铁电性与磁性紧密关联,具有本征的强磁电耦合效应。目前对磁致多铁性的研究以基础物理为主。随着对磁致多铁现象背后物理机制认识的不断深入,不断有新的磁致多铁材料被设计、预言和发现,其性能也在不断地提高。文章简要介绍了磁致多铁材料所涉及的基本物理机制,并根据这些已知的规律,回顾了近年来寻找和设计新的磁致多铁材料的经验。     

Nd-Cr共掺BiFeO_3纳米粒子对多铁性能的影响

采用溶胶-凝胶技术合成了纯BiFeO_3(BFO),A/B位钕锌共掺杂Bi_(0.9)Nd_(0.1)Fe_(0.95)Cr_(0.05)O_3(BNFCO)纳米颗粒。并系统地研究了样品的结构、形貌和多铁性能。测试表明A/B位钕铬共掺极大地提高了BiFeO_3的铁电和铁磁性能。BNFCO样品的漏电流密度比纯BFO样品降低了约两个数量级,剩余极化强度(Pr)和矫顽场(Ec)分别高达13.508μC/cm~2和6.702 kV/cm。同时由磁滞回线发现矫顽力(Hc)和剩磁(Mr)也都有了很大的提高。证明了采用Nd-Cr共掺杂BNFCO纳米颗粒可以高效地提高BFO多铁性能。     

不同电极对外延BiFeO3薄膜铁电性能的影响

采用磁控溅射的方法在SrRuO3/SrTiO3(001)衬底上外延生长BiFeO3薄膜,研究以不同金属或氧化物做顶电极时的铁电、铁磁性质和漏电流及其导电机制。X射线衍射图谱和Φ扫描图结果显示BiFeO3薄膜沿c轴外延生长,以Pt、Al做顶电极的薄膜剩余极化强度2Pr为68μC/cm2,生长Pt/SRO、FePt顶电极的薄膜剩余极化强度较小,2Pr为44μC/cm2,矫顽场2Ec约为370±20 kV/cm。薄膜的漏电流密度较小而且趋于饱和,在U=12 V时最大为1.94×10-3A/cm2,体传导普尔弗兰克导电为BiFeO3薄膜主要的导电机制。BFO薄膜展现出弱磁性,饱和磁化强度为9.3 emu/cm3,矫顽场为338 Oe。     

磁致多铁性物理与新材料设计

磁致多铁材料是多铁性材料大家族中的后起之秀,其特色在于其铁电性起源于特定的磁序,因此其铁电性与磁性紧密关联,具有本征的强磁电耦合效应。目前对磁致多铁性的研究以基础物理为主。随着对磁致多铁现象背后物理机制认识的不断深入,不断有新的磁致多铁材料被设计、预言和发现,其性能也在不断地提高。文章简要介绍了磁致多铁材料所涉及的基本物理机制,并根据这些已知的规律,回顾了近年来寻找和设计新的磁致多铁材料的经验。