《Aurivillius相鉍層狀結構多鐵性晶體的生長及磁電效應研究》是依託武漢工程大學，由趙洪陽擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Aurivillius相鉍層狀結構多鐵性晶體的生長及磁電效應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙洪陽
- 依託單位：武漢工程大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
兼具鐵電性和磁性的多鐵性材料在信息存儲、微波、多功能電子設備等領域擁有很大的發展潛力。多鐵性材料從組成上可分為兩類，一類是具有本徵多鐵性的單相材料；另一類是複合材料，通過不同組成相之間的耦合可以產生強的磁電效應。本項目提出具有微觀納米複合結構的Aurivillius相鉍層狀結構多鐵體，其獨特的超晶格結構將貢獻於鐵電性和磁性，可以期待本徵多鐵性和強的磁電耦合。採用微浮區法生長晶體，利用無容器懸浮技術表征晶體熔液的熔解熱、熱傳導、輻射熱、密度、鉍揮發度、表面張力及粘性係數等性質，採用上海光源與懸浮技術結合對晶體生長進行實時觀察，探明其凝固結晶的動力學行為，進而最佳化生長工藝得到優質單晶。研究它們的微觀結構與巨觀性質的調控，最終揭示其磁電耦合效應的機理，為多鐵性功能器件最佳化設計和開發提供依據。
結題摘要
多鐵性材料從組成上可以分為兩類，一類是單相材料，這類材料具有本徵的多鐵性；另一類是複合材料，通過不同組成相之間的某種耦合作用產生強的磁電耦合效應，然而其單相本身並不具有磁電效應。目前迫切需要尋找室溫以上具有較大磁電耦合效應的多鐵性材料，更重要的是，通過對本徵單相多鐵性材料的研究，解決鐵電性和磁性共存的微觀機制及相互調控的問題。本項目研究了一種“超構材料”：Bi4+nTi3FenO12+3n, 通式還可以改寫成Bi4Ti3O12+nBiFeO3 (n=1，2，3，5), 包括Bi5Ti3FeO15 (n=1) （BTFO15）, Bi6Ti3Fe2O18 (n=2)（BTFO18）, Bi7Ti3Fe3O21 (n=3)（BTFO21）, Bi9Ti3Fe5O27 (n=5)（BTFO27）。其中Bi4Ti3O12是性能優異的無鉛鐵電材料；隨著n的增大，化合物中的Fe量增加，期待形成-Fe-O-Fe-長鏈，即鐵的長程有序。不同層數的鉍層狀結構化合物沿c軸方向交替共生，形成一種天然的超晶格結構，共生形成的鉍層狀材料可以具有更好的鐵電性。通過微浮區法成功生長得到BTFO15, BTFO18, BTFO21和BTFO27四種晶體，結構決定性質，在層內具有更大的漏電流現象，根據晶體結構和各向異性，研究了c軸方向和110方向的性質，c軸顯示更好的鐵電性，因為垂直於層方向。通過鐵電性和磁性的表征證明他們具有室溫鐵電性和室溫磁性，利用壓電磁力顯微鏡在室溫下觀測到了電疇和磁疇的耦合效應，證實四種晶體是室溫下具有磁電耦合效應的單相多鐵性晶體。對BTFO15進行了磁電耦合係數的測試，在H = 0時得到了 400 mV/(Oe·cm) 的磁電耦合係數，遠遠大於文獻中報導的數值：0.1 mVcm-1Oe-1 和8.28 mVcm-1Oe-1（陶瓷樣品）。 這是因為對比陶瓷樣品，晶體和薄膜材料具有更高的質量和更完美的超晶格結構。同時，開創性的採用機械力來進行疇的反轉研究，即實現了多態耦合，採用電、磁、機械力實現了疇的多態耦合效應。室溫下機械力、電極化和磁化的調控效應，揭示了鐵電序和磁序，即自旋翻轉和鐵電反轉的協同進行，預示著量子調控在多鐵性體系中的初步實現，具有重要的意義。
