铋层状钙钛矿氧化物的多铁性能研究进展

摘要

具有多参量调控和宽频谱响应的新型量子功能材料是量子科学新理论、新效应研究和新器件应用的重要载体,设计和制备新型量子功能材料是发展量子信息技术的关键一环。作为量子功能材料的成员之一,单相多铁材料的铁电性、磁性及磁电耦合效应使得在同一材料中同时实现"电控磁"和"磁控电"成为可能。并且,单相多铁材料也是研究晶格、电荷、轨道和自旋等的理想基质。然而,寻找室温单相多铁材料仍然具有很大的挑战性。最近,通式为Bi4Bin-3Fen-3xCoxTi3O3n+3 （BFCTO）的Aurivillius相氧化物被证明为一种潜在的单相多铁材料,其居里温度和尼尔温度远在室温之上。我们的主要研究工作如下:1)采用热压烧结法制备纯相BFCTO陶瓷,并通过调控层数、A/B位掺杂离子等手段调控物相结构、铁电、铁磁和介电性能;2)成功制备SrBi5Fe0.5Co0.5Ti4O15纯相陶瓷,发现此新材料具有优异的"高温"磁电耦合效应,其耦合温度高达100℃,磁电耦合系数达～350 uVcm-1·O-1,且其在室温、较低磁场时有可观的电信号输出,在单相多铁材料实现磁电耦合,这对于基础物理研究和器件应用（如传感、存储和量子控制等）有极重要的意义;3)掺杂Aurivillius相的本征铁磁性在行业内仍存在争议,认为铁磁性来源于材料中微量的磁性杂相而非本征属性。针对这些问题,我们利用水热法合成了Bi5Fe0.9Co0.1Ti3O15单晶片,在单个微米晶中,采用PFM,洛伦兹TEM验证了其本征多铁性能,进一步地,详细研究其生长机理,并通过形貌等调控其多铁性能。