高性能钙钛矿结构多铁性材料的设计、制备与性能研究

鉴于多铁性材料研究在应用和基础科学上的重要性以及目前纯多铁性材料BiFeO3和YMnO3制备中存在的的高漏导，弱磁电效应等问题，我们拟采取晶体生长技术、软化学方法和磁控溅射方法合成出BiFeO3 和YMnO3基掺杂单晶、陶瓷和薄膜材料。采用传统x射线衍射、高分辨同步x射线扩散散射等确定它们的晶体结构和极性纳米结构。采用介电（介电和阻抗谱），铁电，磁性（DC和AC磁化率）、机电、磁电和显微（偏振光、压电力和磁力显微镜）等测试手段研究它们的性质， 探索高性能的具有应用价值的BiFeO3和YMnO3基多铁性材料。这些研究不仅对开发多铁材料的应用有实际意义，而且对于加深多铁性材料中重要的磁电效应的认识和理解有着极其重要的的意义。

钙钛矿型BiFeO3是极少数室温多铁性材料之一，但是具有难以合成纯相，磁性弱，漏导严重，磁电耦合能力弱等缺点。我们通过引入氧缺陷的办法成功的增强BiFeO3的磁性。为了同时提高铁电性和磁性，我们合成了纯相的BiFeO3-DyFeO3固溶体，并在钙钛矿B位掺杂Ti4+来减小漏导。通过分析晶体结构绘制了BiFeO3-DyFeO3固溶体完整的相图，发现当DyFeO3含量在10%-15%时固溶体处于三方到正交的准同型相界位置。实验发现位于准同型相界处的固溶体具有饱和的电滞回线和强磁电耦合效应。我们合成了在A位掺杂La和B位分别掺杂Co/Ti，Ni/Ti，Cr/Ti共掺杂的纯相BiFeO3。实验发现通过A位和B位的掺杂，BiFeO3均经历了从三方到四方再到正交的相变过程。我们还合成了纯相的BiFeO3-LaMnO3固溶体，晶体结构分析表明，BiFeO3-LaMnO3固溶体经历了从三方到四方，再到立方最后成为三方的晶体结构变化。我们还研究了合成了多铁性材料YMnO3在不同量的Fe，Co，Ni掺杂情况下的相图和性质。实验发现YMnO3经历了六方到正交的变化，正交相低温磁性有很大的提高。我们基于多铁性材料Sr3Co2Fe24O41设计了室温四态存储器原型，实现了电场磁场两种方式的信息写入和磁电耦合系数的信息读取过程。我们还通过熔盐法合成了具有优良软磁性质的半反尖晶石结构的铁酸锌。