磁电耦合对于多铁性材料CdCr2S4介电性质的影响

多铁性材料CdCr2S4在磁相变温度附近的介电异常现象,为一定温度区间内共存的弛豫铁电性和铁磁性提供了磁电耦合的依据.基于Heisenberg模型,我们计算出了最近邻磁自旋对关联,最近邻磁自旋对关联通过磁电耦合修正阻碍极化翻转的激活能大小,使得被冻结在某一特定方向上的极化又能够在其它的可能取向上进行热翻转,改变了极化弛豫时间的分布,从而导致了介电性质在磁相变温度附近发生介电异常.同时,考虑温度、测量频率和磁场对介电性质的影响,得出的结果和实验数据很好吻合.     

La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3复合薄膜的制备及其电致磁电效应研究

使用脉冲激光沉积技术,在LaAlO₃(001)单晶基片上制备了La_2/3Sr_1/3MnO₃(LSMO)/BaTiO₃(BTO)双层薄膜.X射线衍射分析显示,LSMO层和BTO层呈现纯(001)取向.原子力显微镜研究表明,薄膜表面晶粒大小均匀,排列致密,表面均方根粗糙度为1.4 nm.复合薄膜的磁学、电学性能研究表明,其具有良好的磁学和介电性能.电输运测试显示,与在BTO层上施加正方向 关键词： 磁电效应 铁电/铁磁异质结构 脉冲激光沉积     

(K,Na)NbO_3基无铅压电薄膜的制备与表征（英文）

我们采用脉冲激光沉积法,在SrTiO3(001)衬底上以La0.7Sr0.3MnO3作为底电极,制备得单相的0.95(Na0.49K0.49Li0.02)(Nb0.8Ta0.2)-0.05CaZrO3外延薄膜.采用X射线衍射、X射线光电子能谱,电滞回线和介电常数测试分别表征了LKNNT-CZ薄膜的微观结构、表面元素价态和铁电/介电性能.结果表明:(1)制备得到的LKNNT-CZ薄膜的元素组成与靶材相同;(2)在4伏到10伏内均可以获得线型良好且饱和的电滞回线,当驱动电压为10V时,薄膜的剩余极化达到12.4μC/cm2,矫顽电场为102.3kV/cm;(3)薄膜在1kHz频率下的介电常数高达1185.     

强电场作用下反铁电锆钛酸铅的介电行为研究

采用电滞回线方法和偏置直流电场中叠加小交变电场方法研究了锆钛酸铅反铁电陶瓷材料在强电场作用下的介电行为.测量结果显示，锆钛酸铅反铁电材料的介电常数随外加电场强度呈非线性变化，在反铁电 铁电转变的电场区间形成介电峰.表征极化强度随电场强度变化率的微分介电常数εd峰值出现在反铁电 铁电转换电场强度处，最高达到41000.随着偏置电场增加反铁电向铁电体转变过程中，小信号介电常数εc减小；在电场降低铁电回复成反铁电过程中，小信号介电常数εc增大，小信号介电常数εc峰先于微分介电常数εd峰出现.根据电场作用下反铁电 关键词： 锆钛酸铅反铁电陶瓷 介电行为 强电场条件     

用激光分子束外延在玻璃衬底上生长La0.67Sr0.33MnO3薄膜

采用激光分子束外延技术,在玻璃衬底上制备了La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) 薄膜,X射线衍射测量结果表明在玻璃衬底上生长的LSMO薄膜沿c轴择优取向生长.在外磁场3 T和88, 220, 300 K条件下,LSMO薄膜的磁电阻变化率分别达到-37.8%, -26.8%和-6.07%.实验结果表明,在廉价的玻璃衬底上制备大面积和具有应用价值的锰氧化物薄膜是可行的.     

原子尺度控制钙钛矿氧化物薄膜的异质外延生长和特性研究

用激光分子束外延,原子尺度控制的外延生长出多种钙钛矿氧化物异质结.X射线衍射和原子力显微镜测量结果表明,在Si基底上生长的SrTiO3和LaAlO3薄膜具有很好的外延结构和取向,其表面达到原子尺度的光滑.YBCO/SrNb0.01Ti0.99O3、La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3(LSMO/SNTO)等异质结,均观测到较好的p-n结I-V特性.首次观测到钙钛矿结构氧化物p-n结电流的磁调制和正巨磁电阻效应,在255K条件下,当外加磁场分别为5×10-4T、1×10-3T、1×10-2T和0.1T时,LSMO/SNTO p-n结的磁电阻变化率ΔR/R0达到:46.7%、59.7%、70.5%和83.4%;当外加磁场为3T时,在100K条件下,在LSMO/SNTO多层p-n异质结上观测465%的正磁电阻变化率.     

两种不同(Ba,Sr)TiO3薄膜介电-温度特性的研究

研究并比较了两种不同(Ba0.5,Sr0.5)TiO3(BSTO)薄膜介电-温度特性.采用脉冲激光沉积技术在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备BSTO薄膜,发现制备条件的不同,可以得到介电性质完全不同的BSTO薄膜.在550℃和氮气氛下制备的BSTO薄膜在常温下具有很高的介电常数,在10kHz下,超过2500,并在200K温度以上介电常数基本不变.它的一些电学性质不同于在正常条件(650℃和氧气氛下)制得的BSTO薄膜,而类似于目前广泛报道的巨介电常数材料如CaCu3Ti4O12.两种薄膜介电性质测试结果表明: 氧气氛下制备的BSTO薄膜呈现铁电-顺电相变,符合居里-外斯定律;低温氮气氛下制备的BSTO薄膜,介电弛豫时间和温度的关系符合德拜模型,是热激发弛豫.文中给出了产生这种介电特性的初步解释.     

1-3型纳米多铁复合薄膜中电场诱导的磁化研究

运用Landau-Devonshire热力学唯像理论,考虑铁电相和铁磁相的电致伸缩、磁致伸缩效应以及产生于铁电/铁磁和薄膜/基底界面的弹性应力作用,两次重整介电和磁作用系数得到了这种多铁系统在Landau自由能函数下的本征二次方磁电耦合形式,从而研究了外延1-3型纳米多铁复合薄膜中极化、磁化随薄膜厚度、温度的变化以及该薄膜中外加电场诱导的磁化变化.结果表明薄膜平面内的应压力的弛豫使得磁化强度和极化强度随薄膜厚度的增加而减少,外加电场不仅能诱导铁电相极化场翻转,而且由于铁电和铁磁相界面竖直方向的弹性耦合导致 关键词： 多铁 磁电效应 磁致伸缩 薄膜     

嵌埋Ni颗粒的BaTiO_3/SrTiO_3薄膜的相变特性

采用高温X射线原位衍射和变温介电谱对SrTiO3基底上外延生长的BaTiO3(嵌埋Ni颗粒)薄膜进行了相变特性分析。从X射线衍射和介电谱的分析结果得出,BaTiO3的相变温度点转变为弥散的温度区间。在这个弥散的相变温度区间内,由于基底和薄膜之间的失配,以及嵌埋Ni颗粒的应力作用,薄膜的介电响应弥散剧烈,并偏离德拜弛豫。分析Cole-Cole图获知,BaTiO3薄膜在四方相转变为立方相的相变过程中同时存在几种极化机制,在高温状态下介电损耗随温度增大而增大。降温过程中,薄膜没有立即恢复四方相,可能是基底和Ni颗粒的共同作用影响了相变弛豫。     

用激光分子束外延在玻璃衬底上生长La0.67Sr0.33MnO3薄膜

采用激光分子束外延技术,在玻璃衬底上制备了La_067Sr_033MnO₃ （LSMO） 薄膜,X射线衍射测量结果表明在玻璃衬底上生长的LSMO薄膜沿c轴择优取向生长.在外磁场3 T和88, 220, 300 K条件下,LSMO薄膜的磁电阻变化率分别达到-378%, -268%和-607%.实验结果表明,在廉价的玻璃衬底上制备大面积和具有应用价值的锰氧化物薄膜是可行的. 关键词： 锰氧化物薄膜 玻璃衬底 外延生长     

顺磁性La2/3Sr1/3MnO3层对Bi0.8Ba0.2FeO3薄膜多铁性能的影响

界面效应在提升异质结构材料的多铁性能方面有着重要的作用. 本文采用脉冲激光沉积技术在SrTiO₃(STO)基片上制备了Bi_0.8Ba_0.2FeO₃(BBFO)/La_2/3Sr_1/3MnO₃(LSMO)异质结. X-射线衍射图谱表明异质结呈现单相外延生长, 利用高分辨透射电镜进一步证实了BBFO为四方相结构. X-射线光电子能谱证实异质结中只存在Fe³⁺ 离子, 没有产生价态的变化, 揭示了异质结铁电和铁磁性的增强与BBFO/LSMO的界面有关. 同时, 测试了磁电阻(MR)和磁介电(MD), 当磁场强度为0.8 T, 温度为70 K时, MR约为-42.2%, MD约为21.2%. 并且发现在180 K时出现磁相的转变. 实验结果揭示出异质界面效应在提升材料的多铁性和磁电耦合效应方面具有超常的优点, 是加快多铁材料实际应用的有效途径.     

High hydrostatic pressure effect on magnetic state of anion-deficient La0.70Sr0.30MnOx perovskite manganites

The magnetic state of La_0.70Sr_0.30MnO_x (x=2.85, 2.80) anion-deficient manganites is studied experimentally under hydrostatic pressure up to 5.2 GPa. These materials possessing the properties of a spin-glass state. The La_0.70Sr_0.30MnO_2.85 exhibits a coexistence of the rhombohedral (R3¯c) and tetragonal (I4/mcm) crystal structures and below T_f 50 K the spin-glass state is formed. The La_0.70Sr_0.30MnO_2.80 exhibits the tetragonal (I4/mcm) crystal structure. For this compound a phase-separated magnetic state below T_f is formed, involving coexistence of C-type antiferromagnetic (AFM) clusters within spin-glass matrix. In both compounds the crystal structure and magnetic states remain stable upon compression. Under the hydrostatic pressure up to 1 GPa, the La_0.70Sr_0.30MnO_2.85 is a spin glass with a smeared phase transition to the paramagnetic state. The freezing temperature T_f of the magnetic moments of the ferromagnetic clusters increases at a rate of 4.30 K/GPa and the magnetic ordering temperature T_MO increases at a rate of 12.90 K/GPa. The enhancement of the ferromagnetic properties of La_0.70Sr_0.30MnO_2.85 anion-deficient manganite under hydrostatic pressure is explained by the redistribution of oxygen vacancies and a decrease in the unit cell parameters.     

Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜的交换偏置效应及其磁电耦合特性

本文采用溶胶-凝胶工艺并结合脉冲激光沉积技术, 在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了Co/Co₃O₄/PZT多铁复合薄膜. 对复合薄膜的微结构和组分进行了表征, 并系统研究了复合薄膜中的交换偏置效应及其对磁电耦合作用的影响. 研究结果表明, 复合薄膜在77 K具有明显的交换偏置效应, 交换偏置场达到80 Oe, 且交换偏置场及矫顽场均随温度降低而增大. 当温度降低到10 K时, 交换偏置场增至160 Oe. X射线光电子能谱(XPS)测试结果证实在Co和Co₃O₄界面处存在约5 nm厚的CoO层, 表明77 K下的交换偏置效应源自反铁磁的CoO层对Co的钉扎作用. 观察到复合薄膜的电容-温度曲线随着外加磁场大小和方向的改变而呈现出规律性的变化, 表明复合薄膜存在磁电耦合效应. 进一步研究发现, 在低温下复合薄膜呈现出各向异性的磁电容效应, 与磁场大小和方向密切相关. 复合薄膜的这种磁电耦合特性主要与复合体系的交换偏置效应及基于界面应力传递的磁电耦合作用有关, 本文对其中的物理机理进行了详细讨论与分析.     

四方相多铁BiMnO_3电控磁性的理论研究

钙钛矿结构BiMnO_3作为同时具有铁电性与铁磁性的多铁材料,在人工神经网络方面可以作为一种潜在的人工突触材料,从而设计出新型多铁人工突触器件.本文使用第一性原理计算的方法,分别研究了四方相BiMnO_3在xy面内施加0.18%与4%应力条件下的铁电情况,以及Mn原子磁矩随着铁电极化强度变化的曲线.结果表明,在四方相多铁BiMnO_3中,Mn原子磁矩会随着极化强度的增强而增大,表示其铁磁性可以在一定程度上由其铁电极化来进行调控,并且应力越大,其磁矩变化范围就越大.这一结果使得多铁BiMnO_3在人工突触器件设计方面拥有潜在的应用价值,多铁性使其在作为人工突触器件材料中具有更多可调控的自由度,从而可用于模拟多突触连接.这可为将来构造类脑芯片打下一定的理论基础.     

Charge ordering characteristics in Y0.5Ca0.5MnO3 manganite

The charge ordering characteristics in Y_0.5Ca_0.5MnO₃ manganite, prepared by sol–gel process, have been investigated experimentally. It is found that the superlattice diffractions appear in the electron diffraction patterns recorded at low temperatures, while only basic Brag diffraction spots can be observed when temperature is higher than 300 K. This provides direct evidence for the existence of charge ordering in Y_0.5Ca_0.5MnO₃. The magnetization and specific heat measurements indicate the charge ordering temperature of Y_0.5Ca_0.5MnO₃ is 290 K, around which both the magnetization and specific heat reveal anomalous behaviors. We also observed that the MnO bond length changed remarkably and the effective number of carriers reduced prominently with decreasing temperature around charge ordering temperature through transform infrared spectra measurements.     

Co含量对Bi6Fe2-xCoxTi3O18样品多铁性的影响

用固相工艺制备了Bi₆Fe_2-xCo_xTi₃O₁₈ (BFCT-x, x=0, 0.2, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.6, 1.8, 和2.0)多铁陶瓷样品, 样品X射线谱分析发现, 随着Co含量的增加, 样品晶格常数出现了先增大后减小的变化. 室温下, BFCT-0.6样品呈现出相对较高的饱和磁化强度, 2M_s约为4.49 emu/g, BFCT-1.0具有最高的剩余磁化强度, 2M_r约为0.89 emu/g. Co含量在0.2 ≤x≤qslant 1.2范围内, 随着Co含量的增加样品顺磁–铁磁相变温度从752 K降至372 K. 小量的Co改善了样品的铁电性能, 当x=0.6时样品样品的铁电性能最佳, 随着含量增大样品铁电性能下降, 但当x >1.2时样品的铁电性能又得到了改善.     

The unusual magnetotransport properties of La0.67Sr0.33MnO3 with Nb2O5 addition

Enhancements of the low-field (LFMR) and high-field magnetoresistance (HFMR) were observed in the manganite system prepared by doping Nb₂O₅ into La_0.67Sr_0.33MnO₃ powders. The maximum MR ratios at 77 K with H=1 T and 1 kOe are 30% and 20% for the 0.07 molar ratio doped sample, which are 1.7 times and 1.6 times as large as that for LSMO, respectively. An MR effect up to 6.5% was also found for the sample with x=0.03 at room temperature (RT). The spin-dependent tunneling and scattering at the interfaces of grain boundaries are responsible for the LFMR while the HFMR originates from a noncollinear spin structure in the surface layer. With increasing x, the Curie temperature (T_C) decreases monotonically from 364 to 154 K while the temperature T_P related to the peak resistivity decreases firstly to a minimum of 204 K (x=0.06) and then rises up to 240 K (x=0.1). There is a maximum resistivity ρ for the sample with x=0.06, which is higher than that for LSMO by five orders of magnitude. It is due to the enhancement of spin-dependent and independent scattering and tunneling effects on the interfaces of grain boundaries and inside the grains.     

EMR study of magnetic inhomogeneities in crystalline bulk and nanometer-sized La0.7Ca0.3MnO3

Electron magnetic resonance (EMR) was studied on crystalline bulk and nanometer-sized samples of the same La_0.7Ca_0.3MnO₃ manganite compound aiming to compare their magnetic homogeneities. The results obtained show that single-crystalline bulk sample is less homogeneous than the nanocrystalline one. Except for higher homogeneity, the nanometer-sized sample also demonstrates a weaker magnetic anisotropy. As a result, well-pronounced coexistence of different magnetic phases (coexistence of ferromagnetic and paramagnetic resonance signals) is observed in the bulk sample, while it is absent in the nanocrystalline one. It is suggested that such strong difference is directly connected to the difference in structural state of the samples.     

La1.3Sr1.7Mn2O7/SrTiO3-Nb异质结的整流和光伏特性

采用脉冲激光沉积法在SrTiO₃:0.7%Nb(100)单晶衬底上生长了La_1.3Sr_1.7Mn₂O₇(LSMO)薄膜, 并 研究了LSMO/SrTiO₃-Nb异质结的输运性质和光伏效应. 研究发现, 异质结具有良好的整流特征和明显的光生伏特效应. 在532 nm激光辐照下, 光生电压随温度升高先增大后减小, 并且在150 K达到最大值400 mV, 此温度点与LSMO薄膜发生金属-绝缘体转变的温度一致, 这表明异质结的光生伏特效应受LSMO薄膜内部的输运特征调控. 进一步, 从光生电压随时间的变化曲线中分析发现, 上升沿符合一阶指数函数, 这与载流子的迁移过程相关; 而下降沿符合二阶指数函数, 这与结两侧载流子的外部回路中和以及材料内部的电子-空穴湮灭有关. 值得注意的是, 上升沿和下降沿的时间常数均随着温度先增大后减小, 且最大值均出现在LSMO薄膜的金属-绝缘转变温度.