共生层状材料中类超晶格结构对其性能的影响研究

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复合氧化物量子功能材料是可以实现的各种参量(电荷、轨道、自由度)与各种外加场(光、电、磁、声、热)相互作用的材料。多参量复合氧化物量子功能材料对多种外场的响应和各个参量之间的耦合使其具备了非常有潜力的应用前景,并且在信息的传输、储存、调控、放大和固态量子器件的开发中,复合氧化物量子功能材料已经成为了当下材料研究的重要方向。然而,尽管经历了几代人的努力,复合氧化物量子功能材料已经了建立了较为成熟材料体系并取得了一定的研究成果,但是在多种参量的复合调控与耦合方便仍不是十分理想,对应的理论基础仍不完善。因此,继续研究复合氧化物量子功能材料的体系,设计和发展新的材料和理论发展方向对于实现复合氧化物量子功能材料的多参量之间的耦合效应有着重要的理论和实践意义。  铋层状类钙钛矿型氧化物具有着特殊的层状结构,可以实现单晶轴上铁电、铁磁等多种参量的耦合,引起了研究人员的广泛关注。在这其中,共生的铋层状结构材料,因为其特殊的结构,对材料的各项性能产生了有利影响而引起了越来越多研究者的兴趣。但是,目前有关共生铋层状结构材料的研究大多停留在利用其结构特性提升铁电等性能上,着重于新材料的研发和性能的提高,并未对其结构和性能提高的原因进行深入的探讨研究。本论文合成了两种新的共生层状材料Bi3LaTiNbFeO12-Bi5Ti3FeO15和Bi3TiNbO9-Bi3LaTiNbFeO12,对其晶格结构以及各种电学、磁学性能进行了研究,探讨了这种共生结构对于其性能的影响及其原因。这对于提高材料性能,了解结构影响机理和发展具有更强电磁耦合的复合氧化物量子功能材料具有重要的意义。  在本论文中,利用X射线衍射技术、高角度环形暗场扫描投射电镜(HAADF-STEM)等测试手段,证明了合成的Bi3LaTiNbFeO12-Bi5Ti3FeO15和Bi3TiNbO9-Bi3LaTiNbFeO12分别具有2-3层和3-4层的共生层状结构。并利用XRD精修和拉曼光谱等手段证明了共生结构与整数层母体结构相比,晶格参数具有较大变化,与超晶格结构类似,可在共生结构界面处形成了较大的内应力和晶格扭曲。  同时,对样品进行了各种性能测试,如铁电、介电和铁磁性能。多种性能测试。测试结果表明:共生层状结构材料与相邻的整数层材料相比具有更大的铁电性能(2Pr)和更大的矫顽场(2Ec),这是因为其内部更强的内应力和晶格扭曲。同时,共生材料具有较低的铁电居里点。而磁性测试表明,共生结构对磁化率影响不大,磁化性能主要受其中磁性元素Fe的含量影响,且Fe基本处于低自旋状态。
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