准2—2型多铁性薄膜-块体复合材料磁电性能研究

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《2024年Bi5Ti3FeO15基薄膜的多铁性与铁电光伏效应》范文

《Bi5Ti3FeO15基薄膜的多铁性与铁电光伏效应》篇一一、引言随着现代科技的发展，多铁性材料因其独特的物理性质和潜在的应用前景，在材料科学领域中受到了广泛的关注。

Bi5Ti3FeO15基薄膜作为一种典型的多铁性材料，其具有丰富的物理性质和潜在的应用价值。

本文将重点探讨Bi5Ti3FeO15基薄膜的多铁性和铁电光伏效应，以期为相关研究提供有益的参考。

二、Bi5Ti3FeO15基薄膜的结构与性质Bi5Ti3FeO15基薄膜是一种具有钙钛矿结构的复合氧化物薄膜。

其结构中，Bi、Ti和Fe元素以特定的方式排列，形成了复杂的晶体结构。

这种结构使得Bi5Ti3FeO15基薄膜具有多铁性，即同时具有铁电性、铁磁性和可能的铁弹性。

多铁性是指材料同时具有多种铁性序参量，如铁电序参量和铁磁序参量等。

Bi5Ti3FeO15基薄膜的铁电性主要源于其晶体结构中的电偶极子，这些电偶极子在外电场的作用下可以发生取向变化，从而表现出铁电性。

而其铁磁性则与Fe离子的自旋有序排列有关。

此外，Bi5Ti3FeO15基薄膜还可能具有铁弹性，即在一定范围内可发生弹性形变。

三、Bi5Ti3FeO15基薄膜的铁电光伏效应铁电光伏效应是指铁电材料在铁电相变过程中产生的光生电压效应。

Bi5Ti3FeO15基薄膜作为一种具有铁电性的材料，也具有铁电光伏效应。

当光照射到Bi5Ti3FeO15基薄膜上时，光子被吸收并激发出电子-空穴对。

这些载流子在薄膜内部的电场作用下发生分离和迁移，从而在薄膜两端产生光生电压。

这种光生电压可以被用来实现自供电的光电器件。

Bi5Ti3FeO15基薄膜的铁电光伏效应与其晶体结构、能带结构以及缺陷态等密切相关。

首先，其晶体结构中的电偶极子在外加电场的作用下可以发生取向变化，从而影响载流子的输运行为。

其次，Bi5Ti3FeO15基薄膜的能带结构决定了光吸收和载流子产生的性质。

此外，薄膜中的缺陷态也会影响载流子的俘获和输运过程，从而影响铁电光伏效应的性能。

Bi5FeTi3O15薄膜室温多铁性及其磁性机理_孙慧_王浩_孟德欢_毛翔宇_陈

硅酸盐学报・ 392 ・2013年DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.03.20 Bi5FeTi3O15薄膜室温多铁性及其磁性机理孙慧，王浩，孟德欢，毛翔宇，陈小兵(扬州大学物理科学与技术学院，江苏扬州 225002)摘要：用溶胶−凝胶工艺在Pt/Ti/SiO2/Si基片上沉积了Bi5FeTi3O15(BFTO)薄膜，研究了前驱液浓度和退火升温速率对BFTO薄膜结晶的影响，前驱液浓度低于0.05mol/L时不利于4层层状钙钛矿结构的形成。

沉积BFTO薄膜的最佳制备工艺为：前驱液浓度为0.05mol/L和氧气氛中退火速率为4℃/s。

室温下，用最佳工艺制得的BFTO薄膜显示出良好的铁电性，在300kV/cm的外加电场下，样品的剩余极化强度2P r达到43.4μC/cm2；同时，BFTO 薄膜也显示出弱铁磁性。

为了研究其磁性来源，分别在氧气氛和氮气氛下对BFTO薄膜样品进行退火，分析其磁性的差异。

认为BFTO薄膜室温下的弱铁磁性主要来源于F中心交换作用。

关键词：钛酸铋铁薄膜；层状钙钛矿；铁电薄膜；磁性来源中图分类号：TQ174 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2013)03–0392–04网络出版时间：网络出版地址：Multiferroic Properties of Bi5FeTi3O15 Thin Film at Room TemperatureSUN Hui，WANG Hao，MENG Dehuan，MAO Xiangyu，CHEN Xiaobing(College of Physics Science and Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225002, Shuzhou, China)Abstract: The four layer-structured Bi5FeTiO15 (BFTO) thin films were deposited on a Pt/Ti/SiO2/Si substrates by a sol–gel method. The effects of precursor concentration and the heating rate during annealing on the crystallization were investigated. It was found that the precursor solution concentration of <0.05mol/L is not conducive to the formation of the four-layered perovskite structure films. The optimal preparation process to deposit the BFTO thin films occurred at the precursor concentration of 0.05mol/L and annealing heating rate of 4℃/s in oxygen atmosphere. At room temperature (RT), the BFTO film deposited by the optimal preparation process exhibited a good ferroelectric property with the remnant polarization 2P r about 43.4μC/cm2 under the electric field of 300kV/cm. Furthermore, the film showed a weak ferromagnetism at RT. It was indicated that the weak ferromagnetic property of the BFTO film at RT could be mainly due to the F-center exchange mechanism in the film.Key words: iron bismuth titanate film; layered perovskite; ferroelectric film; magnetism origin多铁材料不仅同时具有铁电性和磁性，而且它们之间存在耦合作用，在自旋电子学等方面具有广阔的应用前景[1–3]。

多铁性复合薄膜的结构及2—2型双层复合磁电薄膜的制备方法

合铁电／压电材料和磁致伸缩材料，以两相之间
的应力／应变耦合传递可实现铁电一铁磁之间的耦合，种由铁电／电材料和磁性材料复合在这压
一
起的磁电材料就是多铁性磁电复合材料。
结构的多晶复合薄膜。但该薄膜的缺点是磁性
相颗粒容易发生渗流而连通在一起，低电阻的则磁性相会引起薄膜的整体漏导，致观测到正磁导电效应有误，至观测不到正磁电效应。甚
前驱溶胶交替旋涂，后在６０Ｃ退火６ｍｎ两然５ｃｉ，相在退火过程中产生分离重组，到了一种疑似得颗粒复合薄膜，薄膜表面形貌来看，似乎从
ＣＦ：ｏｅＯ以颗粒状分散在ＰＴ基体中，成了０３Ｚ形－
中图分类号：Ｂ３２Ｔ３文献标识码：Ａ
多铁性材料是指材料的同一个相中包含两种及两种以上铁的基本性能，些铁的基本性能这
包括铁电性、铁磁性和铁弹性 ¨ 。最早研究的多ｊ
生相分离，到的复合薄膜中ＣＦ：形成纳米得ｏｅＯ柱镶嵌在ＢＴＯ基体中，阵列分布，成了１ａｉ呈形 — ３结构的复合薄膜。虽然１３柱状纳米结构复合 — 薄膜表现出了具有较强磁电耦合的迹象，沮这种１３柱状纳米结构复合薄膜的生长需要比较苛刻－
收稿日期：０９—１ —２２０１４

《Bi5Ti3FeO15基薄膜的多铁性与铁电光伏效应》范文

《Bi5Ti3FeO15基薄膜的多铁性与铁电光伏效应》篇一一、引言随着现代科技的发展，多铁性材料因其独特的物理性质和潜在的应用前景，已成为材料科学研究的重要领域。

Bi5Ti3FeO15基薄膜作为一种典型的多铁性材料，具有丰富的物理性质和潜在的应用价值。

本文将重点探讨Bi5Ti3FeO15基薄膜的多铁性和铁电光伏效应，以期为相关研究提供参考。

二、Bi5Ti3FeO15基薄膜的结构与性质Bi5Ti3FeO15基薄膜是一种具有钙钛矿结构的复合氧化物薄膜。

其晶体结构由Bi、Ti和Fe等元素组成，具有较高的结晶度和良好的稳定性。

该薄膜具有多铁性，即同时具有铁电、铁磁和铁弹性质，使得其在多场耦合、磁电耦合等方面具有独特的应用价值。

三、多铁性研究多铁性是指材料同时具有多种铁性性质，如铁电、铁磁等。

Bi5Ti3FeO15基薄膜的多铁性源于其特殊的晶体结构和电子结构。

在电场作用下，该薄膜的铁电性质表现为电偶极矩的可逆变化；在磁场作用下，其铁磁性质表现为磁化强度的变化。

此外，该薄膜还具有铁弹性质，即在一定条件下可发生晶格畸变。

这些性质使得Bi5Ti3FeO15基薄膜在多场耦合、磁电耦合等方面具有广泛的应用前景。

四、铁电光伏效应铁电光伏效应是指铁电材料在电场作用下产生的光生电压效应。

Bi5Ti3FeO15基薄膜具有较高的铁电性能和光响应性能，因此具有显著的铁电光伏效应。

当光照射到该薄膜表面时，光生载流子在电场作用下发生分离和迁移，从而产生光生电压。

这一现象在太阳能电池、光电传感器等领域具有潜在的应用价值。

五、实验研究为了深入研究Bi5Ti3FeO15基薄膜的多铁性和铁电光伏效应，我们开展了系列实验。

首先，通过溶胶-凝胶法制备了Bi5Ti3FeO15基薄膜，并对其晶体结构和形貌进行了表征。

其次，利用铁电测试仪和光伏测试系统，研究了该薄膜的铁电性能和光伏性能。

实验结果表明，Bi5Ti3FeO15基薄膜具有较高的剩余极化强度和良好的光响应性能，其铁电光伏效应显著。

铁磁电复合材料BiFeO3的研究及发展

目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)1引言 (1)2 BiFeO3的结构 (2)3 BiFeO3陶瓷与薄膜的制备工艺 (2)3.1 BiFeO3陶瓷的制备 (2)3.2 BiFeO3薄膜的制备 (3)4 掺杂改性 (4)4.1稀土掺杂改性 (4)4.2 BiFeO3与其他ABO3型钙钛矿结构的铁电材料固熔体系 (5)5 结论 (6)参考文献 (6)铁磁电复合材料BiFeO及研究进展3姓名：武少华学号：20075040098单位：物理电子工程学院专业：物理学指导老师：秦萍职称：副教授摘要：BiFeO3是一种室温下同时具有铁磁性和铁电性的铁磁电材料之一，在信息存储、传感器和自旋电子器件等方面都有潜在的应用前景。

本文综述了BiFeO3的结构、陶瓷与薄膜的制备工艺、掺杂改性，并展望了BiFeO3铁磁电材料今后的研究和发展趋势。

关键词：铁磁电材料；掺杂改性；磁电效应Progress in Study on Ferroelectromagnetics BiFeO3 Abstract: BiFeO3 is one of ferroelectromagnetics with ferromagnetism and ferroelec- tricity at room temperature，which has potential applications in the information storage，sensors，spin electronic devices，and other aspects．This paper not only discusses the struc- ture，ceramics and thin film technology，doped of BiFeO3，but also prospects BiFeO3 ferroelectromagnetics for future research and development trends．Keywords: Ferroelectromagnetics；Doped to change the nature；Magnetoelectric effect1 引言铁磁电材料是一种因结构参数有序而导致铁电性、磁性同时存在并具有磁电耦合性质[1]的材料，它在探索新型信息存储器、自旋电子器件和设备等方面有着潜在的应用前景。

(2023版)磁电复合材料的磁电效应及其工作原理(新版)

材料与信息，能源并列称为当代文明的“三大支柱' 社会综合实力的増强和人们物质文化水平的提高都与高性能的新型材料相关•功能材料主要包括了一大类电介质和铁性材料，主要涉及电、磁、声、光，热等物理效应，是众多电子元器件的基础「基于这些材料，产生了许多电子元器件，如片式电容、片式电感、磁通门等等。

随着社会的进步及科学的发展,传统材料将会逐渐.难以满足现代技术的要求，寻觅更高性能的新材料或者开辟多功能材料将是未来功能材料的主要发展方向。

參铁性材料是一种新型功能材料"多铁性材料是指具有两种或者两种以上铁性的材料q其中铁性是指铁龟性（ferroelectricity铁磁性（足rrom篇gnetim）以及铁弾性（ferroelasticity）»多铁性材料除了具备本身的铁性外，还具有两种铁性的交叉耦合性能，如磁电、磁介电等性能，是一种具有新性能也具有多功能性的新材料。

这些特殊性能在新型传感器、换能器以及能量采集器等器件上具有潜在的应用［,^L 2022年，多铁性材料被评为（Science^杂志预测的2022年世界最值得关注的7大热点研究领域，近年来，多铁性材料的研究【2』山句已经逐渐成为当前国际材料科学领域的热点之一。

其中，具有铁电性和铁磁性的磁电复合材料受到人们越来越多的关注"」气它多样化的成份与结构以及很显著的磁电耦合性能促进了新型电子器件的开辟卩吼在自然界中惟独少数单相化合物具有多铁效应，且化合物的Curie温度和N6el温度通常远低于室温.早期科研人员花费巨大的精力去合成単相多铁材料，但结果都不够理想，因这人们开始倾向于采用复合的方法来获取磁电材料。

磁电复合材料是将铁电材料与铁磁材料经各种方法复合形成的一种新型多铁性材料点与大多数单相磁电材料相比，磁电复合材料在室温下就具有磁电構合效应且磁租转换系数较大。

因此.采用复合方式获得磁电效应受到众多研究者的重视“七基于磁电复合材料的室温磁电性能，它在微波信号传输、换能器、宽频段磁探測、磁传感器、存储器等领域具有潜在的应用卩皿％随者磁电复合材料的逐渐发展，人们的研究重点从前期的理论预測、简单体系的制备和磁电性能研究［以及刀方面逐渐延伸到复杂体系的制备以及器件开辟区応咫（比如能量采集器、换能器）等方面，各个尺度下的磁电复合材料及其器件正在得到充分的发展°磁电效应是指材料在外加破场作用下产生电极化或者占材料在外加电场作用下产生破化的现象〔列.对于磴电复合14料来讲，磁电效应可认为是压电效应和磁致伸墙效应“乘税”的体现，可義示为，观峥制讐成心峥烏譬 ------------------------------------------------ X1-1)将压电相和压磁相以一定的方式复合就可以得到较理想的磁电效应卩5■询.1.11压电效应圧电效应(piezoelectric eflect) M J. Curie 和P. Curic 兄弟于1880 年在a 石英晶体上首先发现的。

复合多铁体1 -xBi0.85La0.15Fe03-xCoFe204性能的研究

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald126该文采用固相反应法制备了1-xBi 0.85La 0.15FeO 3-xCoFe 2O 4，系列复合样品。

并对每批样品的物相结构、磁性能、介电性能以及部分样品的铁电性进行了研究。

复合样品中没有杂相出现，说明两相间没有发生反应，随着铁磁相逐渐增多，铁磁相的峰逐渐增强，磁特性逐渐增大。

且复合系列样品，在x=0.1时，能观测到很好的P -E曲线，饱和极化强度P s 和剩余极化强度Pr 都比单相的Bi 0.8La 0.2Fe O 3要大，介电常数ε随着x的增加而减小。

多铁性材料是一种同时具有铁电、铁磁以及铁弹中两者或是两者以上之间能够发生耦合的多功能材料，同时也包括反铁磁性和反铁电性等。

在该材料中，铁电和铁磁之间的耦合作用使得电场控制磁数据存储或磁场控制铁电数据存储成为可能[1-10]。

近些年，多铁的研究在材料界里是一个非常活跃的课题[11]。

将压磁和压电两相按照合适的组合能够产生理想的ME特性。

单相材料低的M E 耦合系数，以及磁电耦合只能在低温尤其是制冷温度范围内起作用，这就使得单相材料在实际应用中非常具有局限性。

由于实际生活的这些需要，就促使了我们对复合材料的探索。

制作陶瓷复合材料的主要优势是制作过程简单，成本低廉，而且容易控制相与相之间的摩尔比、颗粒大小以及密度。

主要问题是在烧结过程中应防止铁电相和铁磁相之间发生反应，导致弱的电特性。

在本文中，我们采用固相法制备了1-xBi 0.85L a 0.15Fe O 3-x Co Fe 2O 4,系列复合样品，并对此系列复合样品的结构、磁性能、介电性能和铁电性能性能进行了研究。

1 样品的制备过程本文主要选取了几种氧化物F e 2O 3(99%),Bi 2O 3(99%),L a 2O 3(98%),称量前先在600o C干燥5h),Co 2O 3(99%),Cu O (99%),MnO 2(85%),ZnO 2(99%)为原料，先制备出铁电相的B L F O系列样品和铁磁相得CoFe 2O 4,CuFe 2O 4,Zn 0.6Mn 0.4Fe 2O 4系列样品。

多铁性材料

多铁性材料
一，简述
多铁性材料这一概念是1994年瑞士的Schmid 明确提出的，多铁性材料(mutliferroic)是指材料的同一个相中包含两种及两种以上铁的基本性能，是一种集电与磁性于一身的多功能材料。常见的多铁性材料有BiFeO3、TbMnO3、Ca2CoMnO6等。
铁的基本性能包括：
该实验室科研人员利用两个新的纯手性Schiff 碱多齿配体（R-和S-H3L，见图1）去构筑得到了由呈现C3对称的达到纳米尺度的二十二核锰簇
{[MnIII3MnII(O)(H2O)3(L)3]4[MnIII6Cl4O4]}做阳离子而呈现C3对称的三核锰簇 [MnIII3O(H2O)3(L)3] 做阴离子的两单元分立的纯手性混合价锰簇合物（R-1和 S-1，其金属骨架如图2所示），这两个纯手性化合物均结晶于纯手性空间群
R3，属于极性点群3，能满足产生铁电性的必要条件，而且它们还易溶于有机溶剂，CD谱也表明了它们是一对对映异构体。测试分析表明它们不但呈现
铁磁性，而且在室温就观察到电滞回线（图3），交流变温电介常数的测定证实了它们是铁电体。它们是首例铁磁性和铁电性共存的纳米尺度混合价锰簇
合物。
这种通过手性Schiff 碱配体去构筑极性锰簇合物的方法，为多铁性分子材料的研究开辟了新的途径和提供了新的思路。（来源：中科院化学研究所）
到了2000年，加州大学圣芭芭拉分校的Nicola Hill(现随夫姓 Spaldin，现瑞士苏黎世理工学院)指出磁电耦合材料如此稀少的本质原因是因为磁性需要不满壳层的电子而铁电性需要满壳层的电子，因此两者本质上是互相排斥的。磁与电在固体中水火不容！这无疑像一张病危通知书，预示着固体中的磁电耦合走到了绝路。
二，基本性能介绍
多铁性即具有两种或两种以上初级铁性体的特征。

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ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｎｔｈｅＰＺＴ— ＬＳＭＯｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ＣＨＡＩＧｕｏ — ｚｈｏｎｇ，ＸＵＢｉｎ，ＷＵＨｕａ — ｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＺｈｅｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００３２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｑｕａｓｉ一２ — ２ｍｕｌｔｉｆｅｒｒｏｉｃｆｉｌｍ— ｂｕｌｋｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓａｋｉｎｄｏｆｌａｍｉｎａｔｅｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
柴国钟，徐斌，吴化平。张征
（浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州３１００３２）
摘要：将一种铁性薄膜层状沉积在另一种铁性基底上从而实现磁电性能的复合材料称为准２ — ２型
多铁性复合材料．基于朗道热力学理论，研究了锆钛酸铅铁电薄膜Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏｓ（ＰＺＴ）平面应变对薄膜铁电性能的影响．引入与薄膜厚度参量相关的应变松弛理论，给出了薄膜厚度与薄膜面内
型电子器件．
关键词：热力学理论；多铁性；应变松弛；非线性磁致伸缩
中图分类号：０４８４．２文献标志码：Ａ文章编号：１００６ — ４３０３（２０１３）０５ — ０５０５ — ０５
ｂｅｔｗｅｅｎｉｎ— ｐｌａｎｅｍｉｓｆｉｔｓｔｒａｉｎａｎｄｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｗａｓｇｉｖｅｎｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｄｅｐｅｎｄｅｎｔｍｉｓｆｉｔｓｔｒａｉｎｒｅｌａｘａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｅｐｅｎｄｅｎｔｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｉｅｚｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｕｂｓｔｒａｔｅＩ．ａ０７０３Ｏ３（ＬＳＭＯ），ｔｈｅＳｒＭｎ
ＳｔｕｄｙｏｆｍａｇｎｅｔＯｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｑｕａｓｉ一２ — ２ｍｕｌｔｉｆｅｒｒｏｉｃｆｉｌｍ— ｂｕｌｋｈｅｔｅｒ０ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
．．
Ｏ３（ＰＺＴ）ｔｈｉｎｆｉｌｍｏｎｔｈｅｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ
Ｌａｎｄａｕｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｉｎ — ｐｌａｎｅｍｉｓｆｉｔｓｔｒａｉｎｏｆＰｂ（Ｚｒ０ｏ８）２Ｔｉ
错配应变的变化关系．最后结合铁磁基底Ｌａ。．Ｓｒ ¨ ＭｎＯ。（ＬＳＭＯ）与外磁场大小电薄膜厚度和外加磁场强度对准２ — ２型ＰＺＴ — ＬＳＭ０复合材料磁电性能的影响．研究结果表明：该构型复合材料具有高达１．８Ｖ／ｃｍ・Ｏｅ的纵向磁电电压系数，有望应用于新
第４１卷第５期
２Ｏ１３年１Ｏ月
浙江工业大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＺＨＥＪＩＡＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ１．４１Ｎｏ．５０ｃｔ．２Ｏ１３
准２ — ２型多铁性薄膜一块体复合材料磁电性能研究