多铁性材料BiFeO3的磁学、电学性质及磁电耦合效应

磁电多铁性材料中电荷和自旋序参量共存,并相互耦合在一起,产生磁电耦合效应。由于磁电耦合效应在未来高密度、低能耗、高读写速率器件的重要应用前景,近10年来,多铁性材料的研究成为了材料科学以及凝聚态物理领域的热点之一。BiFeO3不仅是为数不多的铁电反铁磁的多铁性材料之一,更难能可贵的是它的铁电Curie温度和反铁磁Néel温度都远高于室温。正因为如此,BiFeO3早在60多年前就受到人们的关注;但是直到2003年高质量外延薄膜的出现,才真正掀起了人们对其卓越性能和新奇物理现象研究的热潮。正是在这个背景下回顾BiFeO3的发展历史,着重介绍近10年此领域的研究成果：从晶体结构、电学性质(巨大铁电极化、电致阻变效应等)、磁学性质(自旋螺旋结构)以及磁电耦合特性等角度,对由BiFeO3多铁性模型体系中衍生出来的新奇物理现象进行详细介绍。最后,就近几年相关领域的研究进行总结和研究展望。     

Co/BaTiO_3复合薄膜的逆磁电效应

采用脉冲激光沉积和磁控溅射方法,在取向为(111)的SrTiO3单晶基底上生长不同厚度的Co/BaTiO3复合薄膜。其中,BaTiO3层厚度分别为60、120、180nm。利用铁电测试仪和磁光Kerr磁性测量计表征复合薄膜的铁电性能和磁性能。在垂直于复合薄膜表面方向施加动态电压,并同步采集磁光Kerr信号,表征了复合薄膜的逆磁电效应。结果表明:随着BaTiO3层厚度的增大,SrTiO3基底传递给BaTiO3薄膜的应变逐渐释放,铁电性能无明显变化。Co膜磁性良好,饱和磁场为3 980A/m,矫顽场为3 105A/m。随着BaTiO3层厚度的增加,复合薄膜表现出形状不同的电压调控的Kerr信号曲线,表明逆磁电耦合效应与BaTiO3层传递给Co膜的电致应变密切相关。     

双钙钛矿型室温多铁性材料的研究进展

从多铁性材料和磁电耦合效应出发,介绍了双钙钛型室温单相磁电多铁性材料的研究进展,包括典型的Bi2(NiMn)O6、Bi2(CoMn)O6和Bi2(FeCr)O6块体材料和外延薄膜材料,在此基础上结合BiFeO3讨论了双钙钛矿结构材料存在的一些关键问题,最后对这些问题的解决提出了展望.     

多铁性材料及其研究进展

综述了多铁性材料的发展,介绍了单相多铁性材料和复合多铁性材料的特点、改善单相多铁性材料和复合多铁性材料性能的途径,并对其发展前景进行了展望。     

镍酸镧界面层对锆钛酸铅膜–钴铁氧体陶瓷复合磁电材料性能的影响

以化学溶液沉积法制得的LaNiO3薄膜作为Pb(Zr0.52Ti0.48)O3膜-CoFe2O4陶瓷复合材料的导电界面层,利用其优良的导电性保证磁电信号的有效输出。LaNiO3界面层的引入,使得复合材料体系的铁电性能、压电性能得到有效表达,其层面内磁电耦合系数达到58mV/(cm Oe)。继续优化制备工艺及界面层的参数,磁电耦合性能将进一步提高。     

多铁性材料的研究进展

多铁性材料是指材料的同一个相中包含两种及两种以上铁的基本性能.详细分析了两种类型的单相磁电材料的微观结构,并讨论了复合磁电材料的制备方法.     

多铁性磁电材料应用于存储技术的研究现状

多铁性磁电材料同时具有铁电性、铁磁性和磁电效应等多种性能,它为新功能存储器件的设计提供了可能性。主要综述了多铁性磁电单相和复合材料在存储技术领域的应用研究,包括基于多铁性磁电材料设计的＂电写磁读＂多铁性磁电存储器、多态存储器以及基于多铁性磁电材料设计双稳态储存器件的新原理和新思路;介绍了多铁性磁电材料在存储读头技术方面...     

多铁性氧化物基磁电材料的制备及性能

多铁性材料由于其不但具有单一的铁性(如铁电性、铁磁性和铁弹性),而且由于铁性的耦合协同作用,会产生一些新的效应,使其可广泛应用于换能器、传感器、敏感器、多态存储等高技术领域。而氧化物基单相/复相陶瓷及其薄膜材料(如BiFeO_3,铁氧体/锆钛酸铅等),由于其良好的铁磁、铁电性能,正成为磁电材料的研究热点。本文综合介绍了几种单相、复合磁电陶瓷、薄膜材料的制备,论述了材料的显微结构与磁电性能之间的关联,并指出了该类材料存在的问题和今后的发展方向。单相磁电材料至今还没能应用到实际中,主要是因为大部分单相材料的Neel或Curie温度较低,在很低的温度下才有磁电效应,磁也转换系数随着温度升高到室温而趋于零。具有低漏导的BiFeO_3薄膜(具有高的Curie温度)将具有铁电应用,但作为多铁性应用,还需解决弱的磁电耦合性。虽然复合磁电材料性能比单相材料性能好,但是仍然存在一些问题。磁电多铁性材料具有潜在的巨大的商业应用前景,已使其成为新的研究热点。     

La0．67Ca0．33CoO3的高场磁电阻效应研究

采用溶胶凝胶法制备了La0．67Ca0．33CoO3样品,利用物性测量系统（PPMS）对样品的磁电阻进行了测量,研究了样品在磁场下的磁电阻效应。电阻（R）测量表明在H=OT和H=9T的磁场下,在4K〈T〈300K的温度范围内,样品的电阻和磁电阻都随着温度的降低而升高,磁电阻最高达60％。从温度对eg电子的影响的角度进行了解释。     

多铁性铁酸铋陶瓷研究进展

自上个世纪六十年代发现铁酸铋(BiFeO3)钙钛矿具有铁电性以来,近些年借助于第一性原理计算,对其铁电性及磁性结构又有了新的认知,对多铁性的理解也进一步深化。不同于大多数BiFeO3研究所关注的薄膜和异质结构,本文从陶瓷的角度简要回顾了BiFeO3铁电性的发现历史,并从BiFeO3的晶体结构,Bi2O3-Fe2O3二元相图与BiFeO3陶瓷粉体、陶瓷的合成,BiFeO3陶瓷的磁电耦合及应用等多个面较为详细地阐述了BiFeO3陶瓷的最新研究进展;总结归纳了BiFeO3陶瓷研究中急需解决的科学问题和未来的一些发展趋势。     

掺银磁铁矿复合薄膜的制备及室温磁电阻效应

采用溶胶-凝胶技术结合旋涂法,以聚乙烯醇作为鳌合剂,选择适当的退火程序,制备了由金属Ag相和Fe3O4相所组成的Agx(Fe3O4)1-x=0,0.1,0.2,0.3)复合薄膜.磁力显微镜观察表明,Fe3O4晶粒为单畴颗粒,其直径为75～85 nm,小于理论计算的单畴,临界尺寸.磁性测量表明:x=0.1和0.3薄膜的矫顽力坼分别为23.1 kA/m和28.6 kA/m,很接近于Fe3O4的磁晶各向异性场HK(27.1 KA/m).室温(300K)下,x=0.1的薄膜具有最大的磁电阻,700 kA/m磁场下为-3.5%,高于纯Fe3O4薄膜的低场磁电阻(-2.2%).随着Ag含量进一步增加,薄膜的室温磁电阻减小.适量金属Ag的掺入有利于提高Fe3O4薄膜的磁电阻,这归因于自旋极化电子在Fe3O4晶粒和Ag颗粒界面处的自旋相关散射以及穿过Fe3O4-Fe3P4晶界的自旋极化隧穿的共同作用.     

交换耦合复合介质及研究进展

交换耦合复合介质有望解决现有磁记录材料面临的三难问题,是非常有希望的下一代高密度磁记录介质。本文介绍了交换耦合复合介质的概念、物理原理以及交换耦合复合介质研究中的一些理论问题以及研究进展。在各类交换耦合复合介质中,多层纳米线被广泛看好。本文对多层纳米线中畴壁的特性、畴壁的运动以及基于畴壁运动的畴壁辅助磁记录模式的研究进行了重点介绍。     

大磁电系数Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3膜–CoFe_2O_4陶瓷复合结构

通过溶胶–凝胶法在高致密度的钴铁氧体陶瓷片上制备锆钛酸铅(PZT)薄膜。在该复合结构中,PZT膜采用了较低的处理温度,从而有效避免了传统陶瓷共烧过程中出现的界面反应。样品表现出较好的铁电、介电、压电和磁电性能,并且面内磁电耦合系数可达58 m V/(cm?Oe)。     

基于耦合效应和Kelvin解析解压力型锚索的受力分析

为了更加精确地对压力型锚索锚固机理进行理论分析,考虑锚索孔周边岩体的蠕变与钢绞线预应力二者之间的相互影响关系,建立了岩体蠕变与钢绞线预应力变化之间的耦合效应模型;在此基础上基于Kelvin问题的解析解,推导了砂浆体在圆形均布荷载作用下压力型锚索锚固段砂浆体受到的压应力和剪应力的理论解;并进行了案例分析,研究成果可为压力型锚索加固矿山边坡设计提供一定的理论基础。     

全固态Z型mBiVO4基复合光催化材料的研究进展

全固态Z型光催化体系是当前研究热点之一.综述了全固态Z型mBiVO4基复合光催化材料的研究进展,重点阐述了固态介质的分类及其工作原理,具体介绍了固态介质分别为碳材料、贵金属和其它材料的全固态Z型mBiVO4基复合光催化材料所取得的研究成果,并展望了该种材料研究领域未来需要解决的一些重要科学问题.     

压挤成形--固化法制备0-3型压电复合材料的性能研究

详细地叙述了室温压挤成形———固化工艺制备 0 -3型压电复合材料工艺 ,使用XRD、SEM和HP42 94测试并分析了样品的结构和性能 ,并与压电陶瓷性能参数进行了对比 ;同时用这种工艺制备可以获得介电损耗小、机电耦合系数为 2 5 .11%、压电应变常数为 3 2PC N和机电品质因数可达到 3 0 2的 0— 3型压电复合材料。     

多尺度耦合方法及其在高聚物材料加工中的应用展望

跨长度和跨层次现象以及相应的多尺度耦合反映物质世界的基本性质及多学科交叉的内禀特征,具有极其丰富的科学内涵。在材料设计及加工成型过程的模拟仿真中采用多尺度耦合方法具有极为重要的理论和工程意义。本文介绍了材料科学中多尺度的时空性质,各个不同尺度上的相关研究方法和建立多尺度耦合模型的基本思想;指出高聚物成型加工中采用多尺度研究方法的研究前景,并简要介绍短纤维复合材料的注射成型填充过程中双尺度多耦合模型的建模过程。     

碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的多尺度研究进展

碳纳米管水泥基复合材料具有多尺度的非均一性,其宏观尺度的性能是其各级低阶尺度本质的偶联映射,故而多尺度分析碳纳米管水泥基复合材料性能机理至关重要。本文从宏观、细观、微观和纳观四个尺度,综述了碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的多尺度试验、机理和模型等方面的研究进展。总结了现有研究在骨料、孔隙结构、界面过渡区、外部环境因素以及理论模型等方面存在的局限或不足,并提出微纳观结构、理论模型等方面需进一步研究。