多铁氟化物的磁性、铁电性研究

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随着人们对器件小型化的要求越来越高,同时具有两种及以上功能的新型材料急需发展。在产业化应用领域和实验室科研领域,铁电材料和磁性材料都被广泛且深入的研究。如果一种材料中同时存在铁电性和铁磁性,二者之间可以互相调控,那么这种材料在信息存储领域具有很高的应用价值。目前,科研领域已经有大量工作报道了多铁材料的磁电耦合效应。然而到目前为止所发现的单相多铁材料还比较稀少。在氟化物领域存在许多磁性铁电体,对这些材料展开深入研究将有可能实现满足实际应用需求的单相多铁材料。氟化物中氟的电负性高,与过渡金属离子形成离子键,存在很强的库伦相互作用,这些条件可能会打破氧化物钙钛矿中铁电性和铁磁性对于过渡金属外层电子要求的矛盾。然而,目前所研究的多铁氟化物的磁有序温度大多远低于室温,严重限制了其实际应用,研究具有室温铁磁性及磁电耦合效应的多铁氟化物极具意义。文主主要围绕BaMF4(M为Mn、Co、Ni等铁磁金属元素)系列,制备了BaMnF4薄膜和BaCoF4薄膜,主要内容及结果如下:1.利用脉冲激光沉积技术在(0001)取向的Al2O3衬底上制备了纯相的BaMnF4薄膜。X射线衍射表明薄膜为(010)取向。利用压电力显微镜观察到清晰的振幅和相位回线,证实了室温下的铁电性。磁性测量结果观察到明显的磁滞回线,磁矩-温度曲线在300 K以下明显分开表明居里温度高于室温。由于磁电耦合效应导致的自发极化钉扎磁矩,在200K以下观察到明显的交换偏置效应。BaMnF4薄膜增强的室温铁磁性归因于薄膜与衬底晶格失配导致的外延应变。2.通过脉冲激光沉积技术在(0001)取向的Al2O3衬底上成功制备了(010)取向的BaCoF4薄膜。通过压电力显微镜观察到清晰的振幅和相位回线,证实其存在室温下的铁电性。块材BaCoF4是反铁磁性的,奈尔温度为69.6 K,而在BaCoF4薄膜中在室温下能观察到清晰的磁滞回线,表明存在室温弱铁磁性。并且可以看到在5 K和300 K时,饱和磁化强度几乎不变,均约为30 emu/cm3,这也表明了BaCoF4薄膜的居里温度远高于室温。温度低于250 K时,清楚地观察到了交换偏置效应。在800 k Hz以下的频率范围内观察到负磁电容效应,证实了其具有室温下的磁电耦合。
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