铁酸铋单晶生长及其多铁性能研究

铁酸铋(BiFeO3，简称BFO)在常温即显优异铁电、磁电和光电性能，在信息、能源、航天等高新技术领域作为关键功能材料有良好应用前景。BFO单晶相对薄膜不受基体束缚和尺寸效应等的干扰，因而有助于研究其本征多铁性能。本项目拟在申请人已有的BFO相关热力学、单晶生长及表征方面多年的研究基础上，一方面应对BFO非同成分熔化、形核难以控制且易层状生长等单晶生长难点，更深入研究BFO相关的热力学相平衡规律，进一步改进助熔剂系统和单晶生长工艺以获得更大尺寸和更少缺陷的单晶样品，值得一提的是，本项目率先采用籽晶法生长BFO单晶以便获得最优性能方向上较大尺寸的单晶切片；另一方面研究BFO单晶的铁电性、磁性及磁电耦合等多铁性能，系统探索BFO单晶多铁性能的各向异性行为，以完整揭示BFO的本征多铁性质，为BFO的下一步研究奠定基础。本项目的研究对我国多铁性材料的物理及应用研究具有推动作用。

本项目针对铁酸铋(BiFeO3，简称BFO)非同成分熔化、形核难以控制且易层状生长等单晶生长难点，深入研究了BFO相关的热力学相平衡规律，相比以前文献报道获得了更加准确的Bi2O3-Fe2O3赝二元相图的中心点信息，即Bi-Fe-O三种主要三元相与液相的共存点的成分与温度分别在25.4(6)%摩尔比与852(5)°C。基于对相平衡信息的准确了解前提下，本项目通过进一步改进助熔剂系统和单晶生长工艺以获得更大尺寸和更少缺陷的单晶样品，通过低温磁性平坦反铁磁性质，而且没有5K一下温度的明显低温上扬，显示出无缺陷干扰的本征的BFO磁性。本项目还进行了BFO单晶不同方向切片并研究了其各自的磁介电性能。本项目的研究结果为BFO的进一步晶体生长与性能表征及应用研究奠定了基础。