单畴多铁性化合物[M′(1-x)M″x]2Mo3O8的多铁性研究

We are going to synthesize single domain multiferroic comounds [M′(1-x)M″x]2Mo3O8 (M′,M″= Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Cd, etc.) by using sol-gel and solid state reaction methods and solve the crystal structures by x-ray diffraction Reitveld refinement and aberration corrected transmission electron microscopy. By applying atomic resolution x-ray energy dispersive spectroscopy and electron energy-loss spectroscopy, we plan to investigate the composition, valence state and electronic structure of the compounds. We will systematically study the evolution of the magnetic and electric properties, crystal, electronic and magnetic structures versus transition metal ions and contents, and investigate the relationship of the mircrostructure and magnetoelectrics by using x-HREM, PPA and Wien2k programs. We are going to construct the structure models, unveal the physical mechanisms of the single domain magnetoelectronics and search for the multiferroic materials with higher magnetoelectronic temperatures and higher coupling coefficients.

通过溶胶凝胶法和固相反应法等合成过渡金属离子混合掺杂的晶格团簇型单畴多铁性氧化物[M′(1-x)M″x]2Mo3O8（M′,M″= Fe，Co，Ni，Mn，Zn，Cd等）。利用粉末X射线衍射结构精修和球差校正透射电镜研究晶体结构。利用原子级别的X射线能散谱和电子能量损失谱研究化合物中的组分，原子化合价及电子结构。系统研究样品的磁学和电学等物理性质，晶体结构、电子结构以及磁结构等随过渡金属离子种类和比例的变化规律。借助电子显微图像分析软件x-HREM，PPA和第一性原理计算软件Wien2k等，探究微结构与磁电效应的关系。构建结构模型，给出该单畴磁电材料体系磁电效应的微观物理机制，寻求该体系中具有较高温度磁电效应和高磁电耦合系数的多铁性化合物。

成功地制备了掺Mg的Fe2Mo3O8单晶样品，系统地研究了其结构、磁性、介电、磁致伸缩和磁电耦合性能。掺杂的Mg2+离子优先占据氧四面体位置，并产生了丰富的磁态竞争。从磁相图中可以看到，磁场和温度可调控四种磁有序状态之间的平衡。Mg掺杂显著提高了磁电耦合性能，与母相相比，FMMO的线性磁电耦合系数提高了6倍并且二阶磁电耦合系数提高了10个数量级。高度一致的磁性、电极化和磁致伸缩特征表明FMMO中的磁电效应来源于自旋-晶格耦合。此外，少量的Mg的掺杂并不会降低磁有序温度。我们的结果证明了极性磁体用作ME器件的可能性，并表明适当的化学掺杂可以进一步增强它们的ME耦合。此外，成功制备了掺Ni的Fe2Mo3O8单晶样品。.成功合成了Fe2Mo3O8，(Fe0.75Zn0.25)2Mo3O8 和FeZnMo3O8化合物，确定了它们的晶体结构。发现在 FeZnMo3O8中，Zn 离子优先占据在四面体位置。 (Fe0.75Zn0.25)2Mo3O8 化合物具有亚铁磁性，Fe2Mo3O8 和 (Fe0.75Zn0.25)2Mo3O8 中 Fe 离子都具有+2价。.成功合成了多晶化合物 NbxMo1-xO2，确定了当 x=0.05， 0.1，0.2 时化合物具有MoO2室温单斜结构 (P21/c)，当x=0.25，0.3时化合物具有体心四方结构 (I41/a)，当 x=0.33，0.6，0.65 时化合物具有TiO2金红石结构 (P42/mnm)。 Nb0.25Mo0.75O2的物性表明其具有金属顺磁态，Nb0.25Mo0.75O2中Nb，Mo具有+4价，在400◦C内结构稳定。 Nb0.05Mo0.95O2中存在Nb5+，这是由于存在少量 Nb0.05Mo0.95O2+d所致。多种实验证实Nb0.05Mo0.95O2，Nb0.25Mo0.75O2和 Nb0.6Mo0.4O2中没有氧空位。.成功合成了多晶化合物NbMoO4并确定其具有金红石的结构，是 NbO2 和MoO2的高温结构。输运性质测量表明多晶NbMoO4具有金属的性质，与理论计算结果和比热数据一致，这与NbO2和MoO2的高温相性质相同。证明了化合物NbMoO4具有顺磁态，化合物中Nb，Mo离子具有+4价。.这些发现对多铁性材料的研究提供了重要的数据和参考，并可能为研发高性能磁电耦合器件开辟了一条新的道路。