B掺杂BaTiO3的电子结构和磁性的第一性原理研究

利用基于第一性原理的自旋极化密度泛函理论计算了B掺杂BaTiO3的稳定性、电子结构和磁学性质.结果表明B掺杂BaTiO3体系稳定,并表现为铁磁性.B替位掺杂BaTiO3体系的磁性机制可归结为部分B2p电子的自旋极化和B2p/O2p与Ti3d电子的p-d耦合作用,B间隙掺杂BaTiO3体系中磁性源于未配对Ti3d电子的自旋极化.     

Sm、Co共掺杂对BiFeO3陶瓷漏电流和铁磁特性的影响

采用快速液相烧结法制备Bi0.95 Sm0.05Fe1-x Cox O3(x=0、0.05、0.1)陶瓷样品,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)对其结构、形貌和磁性进行了测量与分析.结果表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO3相吻合且具有良好的晶体结构,样品晶粒的大小随着Sm3+、Co3+掺杂而变小,其晶粒尺寸在1～5 μm; Sm3+、Co3+共掺杂有效地减小BiFeO3陶瓷的漏导电流,漏导电流密度下降1～2个数量级;所有样品在磁场为1000 Oe作用下具有完整的的磁滞回线,呈显出较弱的铁磁性.随着掺杂量x的增加,样品的铁磁性显著提高.当x为0.1时,样品具有较好的的铁磁特性.这可以理解为Sm3+、Co3+的掺杂,破坏BiFeO3样品中原有的反铁磁结构,形成一种新的亚铁磁结构,导致掺杂Co3+的样品磁性大幅度增强.     

Mn掺杂BaTiO3多铁性的第一性原理研究

本文基于第一性原理方法,对过渡金属元素Mn掺杂四方相BaTiO3体系进行了系统的研究.通过对掺杂前后的电子结构改变及所引起的磁学性能的分析发现,过渡金属元素Mn的掺入可以使BaTiO3产生较大的铁磁性,这一磁性主要源于Mn离子局域磁矩的贡献,且随着Mn掺杂量的增加,材料体系的磁性增强;同时发现掺杂体系在001方向存在畸变,仍然保持BaTiO3原有的自发极化,即掺杂后体系仍具备铁电性.研究结果表明,进一步优化的Mn掺杂BaTiO3有望成为一种性能优越的新型多铁性材料.     

Eu,Co共掺杂对BiFeO3陶瓷的介电性能、磁性能及磁电耦合效性的影响

采用快速液相烧结法制备Bi1-xEuxFe1-yCoyO3(x=0、0.01、0.05、0.1;y=0、0.01、0.05、0.1)陶瓷样品,研究Eu、Co共掺杂对BiFeO3介电性能、铁磁性和磁电耦合效应的影响.利用X射线衍射仪对晶体结构进行表征,结果表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO3相吻合且具有良好的晶体结构.当Co掺杂量大于0.05时,Bi1-xEuxFe1-yCoyO3发生结构相变.当f=1000 Hz时,Bi0.99 Eu0.01Fe0.99 Co0.01O3样品的介电常数是BiFeO3的12倍,而介电损耗最小.磁测量表明:室温下,除了BiFeO3和Bi1-xEuxFe0,99 Co0.01O3以外,所有样品具有较强的铁磁特性.在20kOe磁场作用下,Bi1-xEuxFe1-yCoyO3样品呈现饱和的磁滞回线,Bi0.Eu01Fe0.9Co0.1O3样品的剩余磁化强度(Mr=0.984 emu/g)是BiFeO3的328倍.在外加磁场(0～0.4 kOe)作用下,样品的磁电耦合效应(ME)随着Eu3+和Co3+掺杂量的增加而增大,Bi0.95Eu0.05 Fe0.95Co0.05O3呈现较强的磁电耦合效应,在4.5 kOe磁场的作用下,其ME值已达到4.37;.样品磁性增强的主要是Eu3+的4f电子与Fe3+或Co3+的3d电子自旋相互作用及样品中存在局域的Fe-O-Co磁耦合两者共同作用的结果.     

钙钛矿结构YFe1-xCrxO3纳米晶的制备与磁性能调控

以柠檬酸为燃料,采用低温且快速的溶胶凝胶自燃烧法制备了YFe1-xCrxO3(0≤x≤0.2)纳米材料,通过工艺优化,得到了高纯、结晶均匀的纳米晶.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品强磁计(VSM),系统研究了Cr3+掺杂对YFeO3物相、结构、形貌和磁性的调控作用.结果表明:经过Cr3+掺杂,可以有效降低正交钙钛矿相的合成温度,晶胞参数有一定程度的减小.Cr3+掺杂对YFeO3的磁性具有显著的调控作用,纯相YFeO3表现出铁磁特性,而YFe0.8Cr02O3则具有明显的顺磁特性,这与Cr3+较小的磁矩以及掺杂Fe3+造成的结构畸变等密切相关.     

F掺杂四方钙钛矿结构BiFeO3的铁磁性和电子结构第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了F掺杂四方钙钛矿结构BiFeO3(T-BiFeO3)的铁磁性和电子结构.基于T-BiFeO3的四种磁结构,本文计算了两种可能的掺杂位置,确定了最稳定的T-BiFeO3-x Fx结构.研究发现,不同F的浓度对T-BiFeO3的总磁矩影响不同,当掺杂为T-BiFeO2.75 F0.25时,其总磁矩最大,为2μB.进一步分析发现,T-BiFeO3-x Fx的总磁矩主要来源于F原子及其最近邻的Fe原子.电子结构分析表明,费米能级附近的杂质态主要是掺杂后Fe 3d轨道和O 2p轨道向高能级移动而形成的.另外,T-BiFeO2.75 F0.25具有比较大的极化强度.     

稀土Tb掺杂对BiFeO3纳米颗粒结构及磁性能的影响

用溶胶凝胶法制备了Bi1-x Tbx FeO3(x=0,0.5,0.1,0.15和0.2)纳米晶体,研究了Tb掺杂对BiFeO3样品晶体结构和磁学性质的影响.通过XRD分析和Rietveld精修表明,样品属于扭曲的菱方钙钛矿结构,随掺杂浓度的提高,空间点群逐步由R3c转变为Pbnm,当掺杂量x=0.2时,几乎全部属于Pbnm空间群.TEM测量显示,掺杂后样品的颗粒尺寸均小于100 nm,相同晶面的面间距随掺杂浓度的增大而减小.磁性测量表明,所有掺杂样品的磁性能都得到了增强,样品的剩余磁化强度和矫顽力随掺杂浓度的增大先增加后减小.     

N掺杂LaAlO3电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理计算N掺杂LaAlO3的稳定性、电子结构和磁学性质.计算结果表明:N掺杂LaAlO3的结构稳定;而且从生成焓数值看,替位掺杂比间隙掺杂结构更稳定.形成能计算结果表明,还原环境比氧化环境更适合N掺杂,并且在还原环境下,NH3作为N源生成替位掺杂的LaAlO3-x Nx的形成能最小,即最容易形成替位掺杂.N替代LaAlO3中的O原子和位于LaAlO3晶胞间隙均产生铁磁性,其磁性均源于掺杂N-2p电子与体系价带顶O-2p电子间的p-p耦合作用.     

Cu掺杂ZnO铁磁性的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)和局域密度近似(LDA)的第一性原理分析了Cu掺杂ZnO的磁性质.计算了6个不同几何结构的铁磁(FM)和反铁磁(AFM)耦合自由能,结果表明FM耦合更稳定.FM性质主要来源于Cu 3d与O2p原子之间的杂化.O空位和N杂质对Cu掺杂ZnO铁磁性的研究表明,O空位和N杂质不利于稳定其铁磁性质.通过研究Cu3d能级之间的耦合,阐述了Cu掺杂ZnO铁磁性产生的原因.另外,也分析了晶格轴应变和剪切应变对Cu掺杂ZnOFM耦合影响.     

BaTiO3纳米粉体的有机物凝胶燃烧法制备与表征

以偏钛酸、双氧水、氨水、硝酸钡为原料,柠檬酸、EDTA为配位剂和燃烧剂,采用有机物凝胶燃烧法制备得到了BaTiO3纳米粉体.采用XRD、TGA-DSC、TEM、Raman光谱等方法对产物进行了表征.研究表明:立方相BaTiO3约在590～670 ℃之间反应生成,将所得胶状物前驱体在1000 ℃煅烧4 h,制得的四方相BaTiO3纳米粉体的粒径在60～120 nm.