结构敏感的新型富铁性固体材料ABO4的合成与铁电性研究

新型磁电耦合材料是巨容量数据存储的核心，目前存在材料种类少，结构性能调控方法缺乏等缺点。本项目从结构单元敏感的自旋极化和铁电极化入手，开展新型富铁性离子型固体材料ABO4的合成与结构研究。利用骨架离子之间的电子杂化，未满3d壳层铁性离子的Jahn-Teller效应，以及电子自旋、轨道和电荷之间的强关联效应，进行结构单元的设计和控制；进而通过离子掺杂和晶格缺位等结构修饰，调变A-O和B-O多面体单元以及相应的晶体场与铁性离子价态驰豫，揭示晶格对称性对铁性离子的电子极化和强关联效应的影响规律，探索磁电相互作用和结构单元的依赖关系，确定铁电相结构中铁性离子所起的作用，从微观结构，强关联效应到宏观铁电性能变化规律等多层次诠释富铁性离子化合物的铁电相变物理机理，以及提高磁电相互作用的新机制和新方法，为相关无机固体磁电功能材料的研发及其在未来数据存储、信息技术等领域的应用提供新制备方法和新材料体系。

探索合成新型磁电耦合材料是获得巨容量数据存储材料的基础。本课题针对目磁电耦合材料存在材料种类少，结构性能调控方法缺乏等问题，从化合物的结构特征、键特征及自旋相互作用入手，以ABO4 为研究对象，开展化合物的合成，电、磁及其相互作用等研究，在如下三方面取得一些进展。.1）开展了包括(Mn,Fe,Ni)WO4，(Mn,Ni,Co)CrO4，BiPO4, RVO4等多种ABO4化合物的合成。研究了所得样品的结构、晶格畸变和粒度之间的关系；并且通过合成条件的控制，发现了ABO4化合物在纳米尺度下晶格膨胀及对称性的变化与母体化合物结构的依赖性，为进一步揭示纳米尺度下晶格对称性变化提供重要的依据。.2）研究了富铁性ABO4化合物中引入体缺陷和表面缺陷的可能性，确定了体缺陷对化合物光学能隙的影响。并且，对MnWO4的深入研究发现，在MnWO4化合物中，W-O与Mn-O离子的共价性/离子性的变化完全不同于一般的复合氧化物。这种相反变化可能是导致MnWO4的螺旋结构和铁磁性的原因。.3）通过体缺陷和表面缺陷的构筑，实现了富铁性(Mn,Fe,Ni)WO4化合物室温磁性的变化，同时通过非正比的引入，在MnWO4中实现了类铁电转变。电滞回线测试显示，最大室温下的电极矩可达0.3μC/cm2..4）开展了含孤对电子化合物BiPO4的研究，揭示了BiPO4三相形成的化学基础、探讨了结构转变的原因、确定了影响结构相变的离子尺寸因素，并进一步探讨了BiPO4化合物的介电性质与结构的关系。.. 通过研究我们在JACS, J.Mater.Chem., Inorg. Chem., CrystEngComm等刊物上发表SCI收录论文近40篇。培养2名博士研究生和2名硕士研究生。按计划圆满完成项目的研究内容。