鈦酸鍶系列材料多鐵性誘導及機理研究

《鈦酸鍶系列材料多鐵性誘導及機理研究》是依託南京大學，由呂笑梅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鈦酸鍶系列材料多鐵性誘導及機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：呂笑梅
• 依託單位：南京大學

項目摘要

量子順電體鈦酸鍶具有奇異的電學和光學等特性，廣泛套用於通信、數字存儲等領域。最近的研究發現應力以及少量元素摻雜可以在鈦酸鍶材料中誘導出有意思的新現象和新性能，將鈦酸鍶的套用延伸至多態存儲等更廣闊的套用領域。因此本項目擬以鈦酸鍶為研究對象，系統研究過渡金屬摻雜對鈦酸鍶的多鐵性能的誘導。通過鐵電、磁性、介電和磁電耦合等巨觀性能的測量，結合SPM微觀疇結構的觀察，研究鈦酸鍶系列材料中過渡金屬摻雜與多鐵性關聯的物理規律，澄清磁電耦合效應的物理機制。

結題摘要

具有鈣鈦礦結構的鈦酸鍶系列材料因其特殊的磁、電性能在電子及信息等領域有著非常廣泛的套用前景，特別是近年來多鐵性理論的發展為該類材料的研究注入了新的活力。本項目特別關注鈦酸鍶系列材料的摻雜改性及相關機理分析，主要成果包括：（1）在稀磁Fe摻雜的SrTiO3（STO）陶瓷中獲得了室溫鐵磁性，原因在於隨著更多的低價Fe離子占據Sr位，Fe離子之間形成鐵磁雙交換作用以及非線性鍵合的機會增多。（2）發現Fe摻雜STO中同時存在低溫下的偶極玻璃行為，源於偏心占據Sr位的Fe離子和氧空位形成的缺陷偶極子的弛豫極化。（3）製備了Mn摻雜STO多晶薄膜，在150K溫度下獲得高達31%的介電可調諧性，並且發現該調諧行為和極化同步變化，可能源於相同的機制，即Mn2+偏心替代A位的Sr2+形成的極化微區或偶極子；發現變價磁性離子相關的機制在MnTiO3的磁性及介電調控方面也同樣適用。（4）嘗試了更加廣泛的摻雜改性手段，提示結構畸變及不同元素共摻雜也能造成更多不等價磁性離子，從而改變磁、電相互作用。上述工作揭示了磁、電及耦合性能提高的根源在於多種因素造成的相鄰不等價磁性離子增多，進而產生的局域磁、電相互作用增強，對於新型多功能集成材料的設計及製備具有重要的參考價值。項目執行期間發表SCI論文22篇，其中通訊作者18篇，包括Adv. Mater. 1篇、Appl. Phys. Lett. 3篇、Sci. Rep. 2篇。