《三價稀土離子摻雜量子順電體SrTiO3的磁電效應研究》是依託蘇州大學，由方亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：三價稀土離子摻雜量子順電體SrTiO3的磁電效應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：方亮
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，具有磁電效應的多鐵材料正在逐步成為凝聚態物理和材料科學的研究前沿和熱點領域，其中尋找新的鐵電性與磁性之間的耦合調控機製成為了多鐵材料研究中的一個重要方向。本項目將主要研究同時存在鐵電/順電，鐵磁/順磁（反鐵磁）相轉變的、三價稀土離子摻雜量子順電體SrTiO3陶瓷和薄膜材料的製備技術；研究如何調控這兩類相變的臨界溫度，實現摻雜後量子順電體中磁電效應大幅度增強的可能性和途徑；實驗研究與第一原理計算等理論工作相結合，從電子電荷，軌道和自旋自由度的相互作用，研究摻雜後量子順電體系的微結構構型對電學、磁學性質和磁電效應的作用及相應的物理機制。這項研究對於探索新的、具有強磁電耦合效應的多鐵材料有重要的基礎意義，對於磁電調控的新一代電子器件的研製和套用也有重要的價值。
結題摘要
本項目首先採用酒石酸作為溶膠—凝膠法中的螯合劑，通過控制酒石酸與金屬離子的摩爾比，成功製備了純相SrTiO3陶瓷和薄膜，並對材料的微結構、介電等性質進行了研究。在此基礎上，開展了稀土元素Gd3+摻雜SrTiO3陶瓷樣品低溫介電弛豫性質的研究工作。研究了摻雜濃度與材料微結構和介電弛豫性質的關聯度，指出摻雜樣品中的低溫介電弛豫行為不僅和Ti4+離子熱激發有關，還與氧空位相關。為了探索三價稀土離子摻雜SrTiO3材料的磁電耦合效應，我們分別運用平均場理論以及線性回響模型擬合了Eu3+摻雜SrTiO3陶瓷的低溫介電與磁性質，實驗與擬合結果符合的很好。我們的研究結果表明，極低的Eu摻雜濃度將有助於SrTiO3陶瓷中極化態的形成，而高Eu摻雜濃度則對SrTiO3量子順電性有一定的抑制作用，摻雜體系的低溫順磁性則與作用在Eu離子的分子場有關。此外，我們還指出不同電荷補償機制對稀土元素Ho3+摻雜SrTiO3薄膜的介電、光電轉換性能起著至關重要的作用，提出了實現SrTiO3材料光電轉換性能增強的新思路。與此同時，我們也開展了單相多鐵性材料BiFeO3的相關研究工作，通過引入氧空位、稀土元素摻雜以及寄生相等多種手段，實現了BiFeO3納米顆粒的室溫磁性以及可見光催化性能的增強。總體上本項目基本上按計畫進行，同時也根據國際上研究的動態和發展狀況，做了適當的調整，取得了一系列有特色的成果。三年來，共完成SCI 論文16 篇，其中包括《Journal of Materials Chemistry》1篇，《Applied Physics Letters》1篇，《The Journal of Physical Chemistry C》1篇, 《Journal of Applied Physics》4篇。研究成果在3次國際會議上交流3人次，在4次國內會議上交流3人次。在項目執行期間，先後共有5位研究生參加了該項目的研究，其中已畢業博士1名（協助指導），已畢業碩士3名（協助指導1名），另有1名碩士研究生即將在2013年6月參加畢業答辯。
