【摘 要】
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稀土铁氧化物单相多铁性材料具有丰富的物理性质,例如磁电耦合效应和电荷有序相变等,基于这些物理性质,单相多铁性材料在新型信息存储器件、新型多功能器件以及高频开关器件等领域具有广阔的应用前景,受到众多研究者的关注和青睐。六角LuFeO3（h-LuFeO3）基单相多铁性材料由于其铁电性与磁性均与结构畸变有关,表现出强磁电耦合效应。虽然体系的铁电相变温度高于室温,但是体系存在磁相变温度过低、磁性能较弱等问
【基金项目】
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国家自然科学基金（项目编号:51671097）； 江西省自然科学基金（项目编号:20192ACB20004）； 赣州市科技创新人才计划（项目编号:3208000033）；
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稀土铁氧化物单相多铁性材料具有丰富的物理性质,例如磁电耦合效应和电荷有序相变等,基于这些物理性质,单相多铁性材料在新型信息存储器件、新型多功能器件以及高频开关器件等领域具有广阔的应用前景,受到众多研究者的关注和青睐。六角LuFeO3（h-LuFeO3）基单相多铁性材料由于其铁电性与磁性均与结构畸变有关,表现出强磁电耦合效应。虽然体系的铁电相变温度高于室温,但是体系存在磁相变温度过低、磁性能较弱等问题,不利于材料的实际应用。钙钛矿铁氧化物La1/3Sr2/3FeO3存在电荷有序现象,可能存在电荷有序型多铁性,然而体系电荷有序现象以及调控电荷有序的相关机制有待进一步研究。因此,在本论文中,我们将以h-LuFeO3和La1/3Sr2/3FeO3两种单相多铁性材料为研究对象,研究两个体系的磁电耦合效应和电荷有序相变,同时对其相关物理机制进行解释。具体的研究内容分为如下几个部分:首先,本论文利用掺杂的手段,研究六角LuFeO3基单相多铁性材料磁相变温度调控的物理机制。采用固相反应法制备了In3+掺杂的六角Lu0.5(Sc1-xInx)0.5FeO3单相多晶样品。发现所有样品在150 K附近存在介电异常,同时也存在反铁磁转变,表现出磁电耦合效应。发现体系中c/a随着In3+的增加而增加,而反铁磁转变温度TN降低,这有别于Sc3+掺杂六角体系对磁相变调控的规律。通过分析可知,In3+的离子半径大于Sc3+,体系结构畸变随着掺杂量的增加而减小,铁离子之间磁相互作用减弱,导致反铁磁转变温度TN降低。提出可以通过FeO5三角双锥的倾斜角θ来表示结构畸变的程度,随着倾斜角θ的减小,TN降低。此外,还发现体系在TN以上存在另一个磁异常转变温度TA,并且TA能够在室温附近进行调控。其次,本论文研究了六角Lu0.5Sc0.5FeO3多晶样品的负磁化现象。研究发现六角Lu0.5Sc0.5FeO3多晶样品的磁化方向受到超导磁体中残余捕获场和样品中巨大矫顽力的共同影响。负捕获场将样品沿负方向磁化,而由于巨大矫顽力的存在,在一定外加磁场下,样品中负的磁化方向不容易被翻转为正值。样品中的巨大矫顽力与六角体系强的磁各向异性场有关。通过对高温顺磁数据的拟合计算,得到正/负捕获场的强度为几Oe。此外,通过外加0.5～3 kOe的矩形变化磁场,在六角Lu0.5Sc0.5FeO3中实现了磁化开关效应,有望应用于磁存储等前沿领域。最后,本论文还研究了La1/3Sr2/3FeO3体系的电荷有序现象。采用固相烧结法制备了Ca2+/Ba2+掺杂的La1/3(Sr1-xCax)2/3FeO3-δ和La1/3(Sr1-xBax)2/3FeO3-δ系列多晶样品。通过结构精修发现,随着Ca2+/Ba2+的增加,系列样品晶格畸变的程度逐渐增加。通过对系列样品的结构、电阻和磁性等性能的研究,发现电荷有序相变温度TCO均随Ca2+/Ba2+的增加逐渐降低。Ca2+/Ba2+的增加使结构畸变增大,材料中的p-d杂化减少,Fe3+自旋之间的反铁磁相互作用减弱,从而造成相变温度的降低。结果表明结构畸变对La1/3Sr2/3FeO3中电荷有序的稳定性具有重要的影响。
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